110 kV高压输电线路空间电磁场分布研究

张启，陈自然，何宁

（航天科工通信技术研究院有限责任公司，四川成都 610051）

引言

关于公众被暴露于低频电磁环境的研究最早可以追溯到20世纪。20世纪70年代，科学家Korobsova提出，低频电磁场有可能对变电站职工的身体健康产生影响[1-2]。此后，电磁场分布对公众身体健康的影响引起了国内外专家学者的广泛关注[3-5]。2014年，王青于等[6]对特高压变电站的人体工频电场暴露水平进行了评估，为判定特高压变电站内的工频电场对人体是否安全提供了参考；2015年，陈琛等[7]对电动汽车无线充电时的电磁环境进行了研究，为无线充电电动汽车的优化设计提供了理论依据。

现今，公众对高压等输电线路电磁辐射风险的担忧，导致在居民区周围建设输电线路及变电站往往受到强烈反对，不仅影响到居民的正常用电，也给地区电网建设以及当地经济发展带来了困难。因此，高压（包括特高压）输电线路周围的电磁场分布成为电力建设和运行管理部门关注的重要方面，其中工频交流电磁场尤其是当前研究的重点[8]。

本文对110 kV同塔双回高压交流输电线路周围的空间电磁场分布进行研究。由于110 kV高压输电线路距离居民区较近，因此，首先对110 kV高压输电线路电磁环境进行模拟仿真，其次根据仿真结果量化分析1 1 0 k V 高压输电线路电磁环境下的电场强度和磁感应强度，以明确110 kV高压输电线路周围电磁环境的安全性，提高电网建设单位、电力运行管理单位和公众对电磁辐射的认识，消弭居住在高压输电线路周围的居民的恐慌。

1 参数与方法

对高压输电线路的构成进行模拟，具体参数为：塔型为同塔双回，档距为200 m，导线对地高度为24 m，导线半径为0.010 8 m，相间距为3.5 m。模拟塔型示意图如图1所示，模拟点示意图如图2所示，其中“回路1向外2 m”、“回路2向外2 m”分别指回路1的B相向外2 m、回路2的B相向外2 m。

模拟方法：在高压输电线路底部分别模拟“回路1 向外2 m”、“回路1”、“两回路中心”、“回路2”和“回路2向外2 m”这5个位置从距地面75 cm高处以25 cm为幅度变化到距地面150 cm高度时的电场强度、磁感应强度。

2 模拟仿真

2.1 仿真软件选用

COMSOL Multiphysics仿真软件（以下简称“COMSOL”）可以对高压输电线路产生的电磁场进行分析。COMSOL基于有限元法，通过对电磁场满足的微分方程进行求解来实现物理现象。

图1 110 kV高压输电线路模拟塔型示意图

图2 模拟点示意图

COMSOL内置的AC/DC模块中有mf（磁场）以及Ec（静电场）物理场，可以满足所有维度的，稳态和频域等各种类型的研究。mf物理场可以解决磁场问题，而Ec物理场可以解决电场问题，通过它们就可以得到所有本研究需要的磁场以及电场的数值。因此，选用COMSOL解决110 kV高压输电线路下的电磁场问题是可行的。

2.2 磁感应强度的计算

对高压输电线路产生的磁感应强度进行计算。对于同塔双回高压输电线路，在COMSOL中根据同塔双回标准杆塔模型构建如图1所示的模拟塔型，进而建立输电线路模型。然后，在COMSOL中设定参数，给不同的区域施加不同的材料属性，对模型进行有限元网格剖分。最后，在mf物理场中进行激励条件以及边界条件的设定，设定求解频率为工频50 Hz，求解器选择迭代求解器。仿真结果如表1所示。

图3 为由表1 整理得到的，在不同地面高度下，磁感应强度随着位置的变化曲线。可以看出，随着高度的上升，磁感应强度呈略微上升趋势，且在每个高度下，磁感应强度最大值都出现在回路1处，磁感应强度最大值为0.355 34 μT。

2.3 电场强度的计算

对高压输电线路产生的电场强度进行计算。与章节2.2同理，在COMSOL中根据同塔双回标准杆塔模型建立输电线路模型。与磁感应强度计算不同的是，电场强度计算是在Ec物理场中进行激励条件以及边界条件的设定，设定求解频率为工频50 Hz，求解器选择直接求解器。仿真结果如表2所示。

表1 各位置磁感应强度仿真结果 单位：μT

图3 不同地面高度下磁感应强度随位置变化图

表2 各位置电场强度仿真结果 单位：V/m

图4 为由表2 整理得到的，在不同地面高度下，电场强度随着位置的变化曲线。可以看出，随着高度的上升，电场强度呈显著上升趋势，电场强度最大值为423.11 V/m。

3 仿真结果与标准对比

2010 年，国际非电离辐射防护委员会（International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP）对1 Hz～100 kHz频率下时变电场和磁场的暴露限值作出了规定[9-12]。暴露限值分为职业暴露限值和公众暴露限值。在工频50 Hz下，电场强度公众暴露限值和职业暴露限值分别为5 000 V/m和10 000 V/m，磁感应强度公众暴露限值和职业暴露限值分别为200 μT和1 000 μT。

图4 不同地面高度下电场强度随位置变化图

将仿真磁感应强度、电场强度最大值与ICNIRP标准对比，结果如表5所示。可以看出，仿真得到的电场强度最大值仅为ICNIRP标准电场强度公众暴露限值的8.46%，仿真得到的磁感应强度最大值仅为ICNIRP标准磁感应强度公众暴露限值的0.17%。

表3 仿真结果与ICNIRP标准对比表

3 结论

（1）110 kV同塔双回高压输电线路下电场强度与磁感应强度均在回路1处取得最大值，且随着地面高度的增加呈上升趋势。

（2）将仿真结果与ICNIRP标准公众暴露限值对比，在150 cm以下地面高度，电场强度仿真最大值仅为ICNIRP标准公众暴露限值的8.46%，磁感应强度仿真最大值仅为ICNIRP标准公众暴露限值的0.17%。

（3）110 kV高压输电线路周围的电磁环境是安全的，不会对公众身体健康产生较大影响。