（电气工程专业论文）超高压输变电设施电磁辐射仿真、实测与评估的研究.pdf

重庆人学硕士学位论文中文摘要 摘要 随着我国电力工业的发展，超高压架空输电线路和变电站( 所) 建设规模不断 扩大，近年来许多城市进行供电电力网的改建扩建，2 2 0 、1 1 0 k v 变电站( 所) 由城 市郊区逐渐迁建到市区，2 2 0 超高压架空输电线路在城市公众活动场所和居民区越 来越多。由高压输电线路产生的电磁辐射必然对环境造成污染。因此，电磁辐射 对环境影响的研究具有非常重要的工程应用价值和学术意义。 本文首先回顾了重庆的电网发展历史，对重庆地区的电网现状、重庆电力系 统的发展规划以及重庆地区的自然环境和社会环境进行了简要的介绍。 为了便于仿真，对超高压输电线路进行了一些必要的假设和简化处理。该论 文采用模拟电荷法建立了超高压输电线路二维电场的一般数学模型。由于超高压 输电线路为大电流系统，受邻近效应和集肤效应的影响，线路上的电流分布并不 均匀。为解决这一问题，引入模拟电流法，建立了超高压输电线路二维磁场的数 学模型。编制了仿真程序，通过仿真与分析得出了超高压输电线路的工频电磁场 基本规律。 本文接着论文总结了国内外电磁测量技术的发展，以及开展电磁辐射兼容性 测量的方法、技术手段等。并着重探讨了常用的电磁辐射测量：比吸收率的测量、 场参数的测量、作业场所的电磁辐射测量方法、一般环境电磁辐射测量、超高压 输电线路与变电站的电磁测量布点及数据处理方法等。 本文选择与输电线路的相对距离、测量高度等指标，在进行实际测量时优化 布点；并采用p m m 8 0 5 3 a 电磁测试系统，有选择地对重庆市超高压输电线路、变 电站内的工频电场和磁场进行测量。然后通过数据归纳整理和数据处理，分析了 这些超高压输变电设备对周围环境的电磁辐射影响，依据国家环保总局的评估标 准，进行了相应的评价。通过实地测量与仿真结果的比较，验证了所编制的仿真 程序的正确性。并介绍了参与的相关线路环境影响评价评审工作。 关键词：超高压输变电设备，电磁辐射，环境影响 里瘗盔堂堕主堂垡笙苎 茎苎塑至 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p i n go fe l e c t r i c a li n d u s t r y , m o r ea n dm o r et r a n s m i s s i o nl i n e sa n d p o w e rs t a t i o n sa r eb u i l tt om e e tt h en e e do fp o w e rs y s t e m ，i nr e c e n ty e a r s ，t r a n s m i s s i o n l i n e s r e b u i l d i n gi sc a r r i e do u ti nm a n yc i t i e sa n dl e a dt oe l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o nb y h i 曲v o l t a g et r a n s m i s s i o nl i n e sa n ds t a t i o n s e l e c t r o m a g n e t i cp o l l u t i o nh a sb e c o m ea s e r i o u s p r o b l e m t h e r e f o r es y s t e m a t i cs t u d y o ne n v i r o n m e n t a li n f l u e n c e b y e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o nh a sb o t hi m p o r t a n ta c a d e m i cm e a n i n ga n de n g i n e e r i n gv a l u e i nt h i sa r t i c l e ，h i s t o r ya n dt h eo v e r a l lp l a n so fd e v e l o p m e n ta b o u tp o w e r s y s t e mi n c h o n g q i n ga r ei n t r o d u c e d ，n a t u r ea n ds o c i a l c o n d i t i o n so fc h o n g q i n ga r ea l s o d e s 甜b e d t om o r ee a s i l ys i m u l a t e , s o m ea s s u m p t i o n sa b o u tt r a n s m i s s i o nl i n e sa l em a d e t h e m a t h e m a t i cm o d e la b o u tt w o d i m e n s i o n - e l e c t r i cf i e l do f s u p e rh i 曲v o l t a g e t r a n s m i s s i o nl i n e si se s t a b l i s h e d i t sa d a p t e dt oo p e n ，f l a ta r e a sa n ds l o p e r u l e so f p o w e rf r e q u e n c ye l e c t r i cf i e l da r es u m m a r i z e da f t e re x a m p l e s ，t h es u p e rh i 曲v o l t a g e t r a n s m i s s i o nl i n e sa r eh i i g hc u r r e n ts y s t e m t h ed i s t r i b u t i o no fc u r r e n t so ns u r f a c eo f t h e l i n e si sa s y m m e t r i c c u r r e n ts i m u l a t i o nm e t h o di s a d o p t e d t h em a t h e m a t i cm o d e l a b o u tt w o - d i m e n s i o n - m a g n e t i cf i e l do f s u p e rh i 曲v o l t a g et r a n s m i s s i o nl i n e si sf o u n d e d r u l e so f p o w e r - f r e q u e n c ye l e c t r i cf i e l da r ea n a l y z e d d e v e l o p m e n to fe l e c t r o m a g n e t i cm e t r i c a lt e c h n o l o g yi nt h ew o r l di sd e s c r i b e d ， i n c l u d i n g ：m e t h o d s ，m e t r i c a lt e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h ed i s t a n c ea n dh e i g h to ft r a n s m i s s i o nl i n e s ，t h ep o w e re l e c t r i ca n d m a g n e t i cf i e l d s a r es e l e c t i v e l ym e a s u r e da f t e r c o l l a b o r a t i n gm e a s u r e dp o i n t sb y p m m 8 0 5 3 a t h ei n f l u e n c eo nc i r c u m s t a n c eo ft r a n s m i s s i o nl i n e si sa n a l y z e da f t e r c o n c l u d i n gm e a s u r i n gd a t a , a s s o c i a t e dw i t ht h ec r i t e r i o no fe n v i r o n m e n t a le v a l u a t i o n t h em e a s u r e dr e s u l t sa n ds i m u l a t i n gr e s u l t sa r e c o m p a r e dt o v a l i d a t es i m u l a t i n g p r o g r a m m e s a tl a s t ，t h ee s t i m a t i o nj o b sa t t e n d e da b o u ti n f l u e n c eo nc i r c u m s t a n c eo f t r a n s m i s s i o nl i n e sa r ei n t r o d u c e d k e y w o r d s ：h i g hv o l t a g ee l e c t r i c a le q u i p m e n t ，e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o n ， e f f e c to ne l l v i r o n m e n t i i 重庆大学硕十学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 电磁环境保护 电磁环境是生态环境中的一部分，人和电磁环境是密切相关的。人必须在一 定辐射强度的电磁场中生存，适量的电磁环境是人类生存中所需要的一种非生物 环境，大地的自然场会使人得到满足，其场强太弱不行，太强也不行 ”。由于电磁 场看不见、摸不着，人们往往忽视了电磁环境的存在以及电磁环境恶化对生物有 机体可能带来的危害。 随着现代科学技术和经济的发展，电子、电气设各在人们生活中获得了越来 越多的应用，如：电灯、空调、电冰箱、收音机、电视机等。在工作时，人们每 日至少有8 小时要位于工厂的环境之中，而工厂中则有更多、更强的电气、电子 设备和纵横交错的各种电力线。这些设备不问断地输送或者消耗着几十到数百万 千瓦的电能，伴随着极强的工频场、低频谐波场，以及各种低频脉冲场。随着输 电线路电压等级的不断提高，由此产生的电磁场正日益加强【2 】。除此之外，还有通 信发射塔、广播电台等，它们向空间发射着高频电磁波。这些运行中的电子、电 气设备大多伴随着电磁能量的转换，高密度、宽频谱的电磁信号充满了整个人类 生存的空间，在人们生活的环境中由电磁场所造成的电磁环境也越来越强烈。同 时，在城镇化建设进程中，不可避免地也会带来电磁污染，使得电磁环境变得越 来越复杂。 在这种复杂的电磁环境中，电子、电气设备特别是以通信系统、控制系统和 计算机系统为主的设备系统，会受到外界电磁干扰的影响出现误操作或故障，这 将引起严重的后果。如何减少设备向外发射电磁干扰、同时又不受外界电磁环境 的影响，达到与环境兼顾? 电磁兼容这个概念就应运而生了。 电磁兼容( e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y , e m c ) 包含两个方面的含义【3 ：( 1 ) 电 子系统或设备之间在电磁环境中的相互兼顾；( 2 ) 电子设备或系统在电磁环境中能 正常工作。也就是说，电子系统或设备一方面必须保证自身能够在所处的电磁环 境中能按设计要求正常工作：另一方面必须限制自身发出的电磁噪声使之不致影 响其它系统或设备的正常工作。 除了电子、电气设备在复杂的电磁环境中会受到影响，另一方面，电磁污染 也会对长期曝露于此环境下的生物体产生生物效应。因此研究电磁兼容这门学科 的一个重要目的在于如何治理、管理、保护、利用好我们的电磁环境，使得人与 自然、环境协调的、可持续性发展。电磁兼容与环境保护也就成为了世界各国争 先研究的热点课题。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 2 超高压输电线路对环境的影响 电磁环境是存在于给定场所的所有电磁现象的总和。影响电磁环境的主要因 素是电磁辐射，电磁辐射造成了电磁环境的污染，使电磁环境质量变差，它引起 的问题主要有：公害问题；对自然环境的影响：对社会环境的影响；引起生物效 应。 自从我国第一条5 0 0 k v 超高压输电线路投入运行以来，超高压输电线路发展 迅速，并逐渐成为我国电力系统的主干网络。5 0 0 k v 超高压输电线路电压等级高， 在正常情况下，它就是个很强的电磁场干扰源，电网运行不正常或遭雷击都会 对周围的电磁环境形成一个频谱更宽的强干扰。况且我国人口众多，城市人口和 负荷都比较集中，高压甚至超高压线路进入城市人口密集地区不可避免，因此输 电线路对环境的影响就会更大。路径选择避让城镇和乡村等人口密集地区、导线 对地面安全距离、导线对交叉跨越物的安全距离、导线对邻近电力线路( 包括低压 配电线路) 静电感应危险影响、杆塔整体强度等构成了高压输电线路公害问题的主 要内容。 自然环境问题主要包括路径选择尽量避开茂密的森林、尽量避开占用经济作 物林区和耕种区域、尽量减少对地表植被的破坏、尽量避开风景名胜和文化古迹 等内容，为的是尽量避免施工及运行维护阶段造成对自然环境的影响、避免赔偿 费用的增加 4 j 。 社会环境问题体现在：为了充分利用有限的土地资源，使石油、电力、铁路、 交通、邮电等部门的线网占地面积最小，常使这些线网共用同一走廊。这种共用 走廊是从土地使用、环境、社会经济、审美及法律等多种因素综合进行考虑，但 是不可避免地造成了各种公用事业相互影响，形成了错综复杂互相干扰的系统。 在这些影响中，输电线对其它公用事业的影响最为严重，例如输电系统与通信之 间的电磁干扰问题；当输电线路跨越铁路系统、公路系统、通航河道系统等相关 重要设施时，是否会影响到这些部门的正常运行。 电磁辐射对人体的影响，一般分为两种。一是热效应：人体本身就是一个微 妙的电世界，在正常的情况下，人体可以适应地球的磁场和微弱的电磁噤声。然 而，当人体吸收了高强度的电磁辐照之后，就会产生极化和定向驰豫效应，分子 的振动和摩擦会使人体的温度升高，体温升值与单位体积吸收的辐射功率以及照 射时间有关。当人体的调节功能不能适应某些部位的过高温升时，即可引起某些 伤害。二是非热效应，即分子水平效应：电磁辐射也可能在体温没有明显升高的 情况下，产生一些生理变化，这是因为强电磁场可使人体内分子自旋轴向发生偏 转，或是体内分子链出现反常排列，促使体内电磁阵容改变，从而引起某些疾病 【5 】 6 1 2 重庆大学硕+ 学位论文1 绪论 医学研究结果表明，高压输电线的电磁场对人体组织将产生影响。据原联邦 德国医学杂志报道，住在高压输电线附近的居民受到强电磁场的长时间作用，血 液和神经系统发生变形，对其它生物的机能也有所影响。原苏联k o r o b k o v a 夫人 曾向c i g r e 提交了报告，介绍原苏联对在4 0 0 5 0 0 k v 级变电所内工作的4 5 个 工作人员进行健康诊断的情况。在平均电场强度为7 8 1 0 k v m 直接感应电流为 1 2 q 鲥的环境中的工作人员，有2 6 人患有神经衰弱、中枢神经机能故障等疾病； 有1 2 人患有心血管系统失调等疾病；1 4 人心电图异常；4 1 人诉说有头痛、疲劳、 失眠、消化系统失调等病症【8 】。这些诊断结果在生理学上的研究中也得到了证实。 在5 0 0 k v 变电站工作的2 5 0 个工作人员中也看到同样的病症【9 【1 0 】。 从这些事例我们可以看出，超高压线路电磁场对环境是存在影响的，人们对 电磁环境日益关注、要求日益提高。这促使我们对电磁环境进行深入的研究和治 理。因此，完全有必要针对超高压输电线路这样一个强干扰源进行深入研究和探 讨。 随着我国电力工业的发展和各类城镇规模的不断扩大，2 2 0 k v 超高压输电线 路穿越城镇的情况经常出现，原本多在郊区出现的5 0 0 k v 超高压输电线路也不可 避免地进入城镇，穿越人口密集的居民住宅区上空。超高压输电线路产生的电磁 污染对城市以及长期居住在沿线附近居民的影响引起了社会各方面的关注。特别 是三峡工程和西电东送工程的建设，将有更多的高等级输电线通过三峡库区。由 于重庆地区处于夏季多雷击、多雨水、连晴高温，冬季潮湿、多雾的气候环境； 城市海拔高、多山地丘陵等复杂地理环境下，高等级输电线路容易对周围的生态 环境、工业生产和人们的生活造成不可忽视的电磁污染。超高压输电系统对周围 环境的影响，将成为发展超高压输电系统的一个主要制约因素。在这种形势下， 研究超高压输电线路产生的电磁场对周围环境的影响及电磁兼容性等问题，具有 重要的科学意义和实际意义。 1 3 国内外研究现状 电磁辐射是指以电磁波形式通过空间传播的能量流，且限于非电离辐射。电 力系统的高压输变电中产生电磁辐射( 主要为5 0h z 6 0h z 低频，有别于高频电磁 波) ，电磁辐射主要是指高压输电线路和变电站的高压电力设备所产生的辐射。 关于超高压输电线路的电磁兼容和电磁环境问题，美国学者早在1 9 7 2 年 5 0 0 k v 输电线路开始应用的时候就提出来了。超高压输电线路引起电磁环境问题 的主要来源是：输电线路导体上的高电压与大电流所产生的强电场和磁场，线路 导体表面电晕放电引起的各种频率的杂波。国外对高压输电线路的电磁兼容和电 磁环境问题已经做了大量的研究工作，并在电磁兼容和环境保护方面制定了一些 重庆大学硕十学位论文1 绪论 相应的标准，以限制高压输电线路产生的电磁场干扰，如日本在1 9 7 6 年修改的电 气设备技术标准第1 1 2 条第3 项明确指出，考虑对人体的影响，规定在离地面高 度为l m 处的电场强度应为3 k v m 以下。在美国电气安全规范( n e s c ) 等文件中虽 没有明确规定超高压输电线路下的电场强度允许值，但是通常取8 1 0 k v m 川。 1 9 8 2 年，国际大电网会议( c i g r e ) 第3 6 川工作组组织九个国家的专家编写了 输电系统产生的电场和磁场现象描述、实用计算导则【12 1 ，该书总结了各 国关于电力系统静电感应的计算、测试技术以及工频电场对生态是否存在影响的 较为一致的看法，该导则具有重大意义。国外学者还采用数值模拟方法进一步研 究输电线路周围电磁场【1 卜2 ，b y l e e 等人提出了用有限长电荷模拟传输线产生 的三维电场；a l b e r t og e r i 等人基于离散近似的毕奥沙伐定理计算了输电线路周围 的三维磁场：r s a r m am a r u v a d a 等人基于m o n t ec a r l o 法，提出传输线磁场对沿线 居民住宅的影响等【2 卜2 “。针对电磁干扰及其对环境的电磁影响，国外已经研究开 发出较为成熟的计算软件包。比如：n e c 电磁场数值计算软件包，主要采用m o m 求解辐射场，可用于天线、传输线问题的仿真计算。c d e g s 是加拿大科研人员开 发的一个大型的电磁干扰分析软件包，成功地解决了国际上几十个工程项目中的 问题【2 ”。此外，国外还开发研制了许多用于电磁场测试的仪器和分析设备，建立 各种暗室，进行实验室模拟口”j 。 我国对高压输变电设施电磁辐射环境影响研究起步较晚，相关报道也很少。 在我国，由于过去的工业基础比较薄弱，电磁环境危害尚未充分暴露，对电磁兼 容的研究认识不足，使该项工作起步较晚，与国际间的差距较大，国内在这方面 的研究工作正在进行之中。目前尚无有关电力系统的高压输变电中产生电磁辐射 的限制标准，国家环保总局出台了h j t 2 4 1 9 9 8 5 0 0 k v 超高压送变电工程电磁辐 射环境影响评价技术规范及有关的5 0 0 k v 等级的变电站及输电线路的设计推荐 标准 3 3 - 4 1 】。 随着经济建设及科学技术的发展，近年来国家有关部f - 1 x 于电力系统的电磁兼 容十分重视，成立了许多电磁兼容学术组织。一些单位建设或改造了e m c 实验室， 目前已具备按照国家标准、国家军用标准和国际其他一些标准进行e m c 测量和试 验的能力。要确定超高压输电线路对沿线环境影响大小，就必须知道超高压输电 线路电磁场的强度和分布、电磁辐射的有效范围。 在工程应用中，国内主要是采用实地测量的方法来确定电磁场的分布。我国 的电磁辐射监测工作仍处于探索阶段，一是鉴于我国的电磁辐射监测仪不论近场 仪还是远场仪普遍存在型号少，频带范围窄，灵敏度低，屏蔽性能差等问题；由 于人们对电磁污染的认识不够，电磁污染的监测仍处于一次性大面积的网格普查 上，这种普查费时费力，而且只能代表一定时期的污染状况，如果要及时掌握电 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 磁污染状况和规律，那么通过监测点位优化，进行长期连续监测非常必要。目前， 手动监测因受人员操作水平和反应速度的限制不仅给监测结果带来误差，而且靠 手动操作作长期连续监测更是不可能的，所以，发展自动监测，自动数据处理， 自动记录，自动报警的监测方法亦是今后的一大趋势1 4 2 5 0 1 。 实地测量除了受测量仪器、检测环境和测试人员等因素的限制外，实际的测 量中常常会出现盲点和盲区，而且在线路未修建之前无法进行测量，也就无法解 决对新建电力工程是否满足电磁辐射环保标准的评估问题。 国内大部分研究机构和高校对此问题的研究，主要采用理论分析与计算机数 值仿真，如：邹澎、高攸钢、张文亮、崔翔、卢铁兵、邬雄等人对超高压输电线 周围电磁场及数值方法分别进行了研究，但是所建立的模型都是相对简化的、属 于二维场的模拟，没有考虑到线路自身的特点和环境因素，理论结果与实际情况 相差还很大。大部分研究多以计算机仿真为理论研究的最终目标，缺乏实验研究、 测试等印证的过程，与工程需求间存在有差距。理论研究和实地测试没有很好结 合，国内目前还没有关于超高压输电线路在复杂的地形地貌情况下的电磁兼容性 的研究，还没有比较成熟电磁兼容和环境保护的仿真软件包”5 ”。 1 4 主要研究内容 测试技术的研究 测试方法的研究、测量设备的使用等。 开展实地测量 根据与输电线路的相对距离、高度等进行优化布点，采用干扰场强测试仪和 频谱分析仪，有选择地对超高压输电线路、变电站内的工频电场和磁场进行测量。 测量结果的数据处理 数据归纳整理和数据处理。以期得到：重庆主城区典型的超高压输变电设备 在周围空间地区产生的电磁辐射场随时间、高度、距离的分布特性，为理论仿真 模型的建立提供可靠的实测数据。 仿真程序电磁场计算 1 1 工频电场强度分布计算 2 ) 工频磁场的分布计算 仿真结果与测量结果的比较分析 重庆地区典型超高压输变电设备电磁辐射评价 1 ) 典型超高压输变电设备电磁辐射的基本分布规律 2 ) 辐射情况评价及结论。 重庆火学硕士学位论文 2 重庆地区电力设备与电网结构现状 2 重庆地区电力设备与电网结构现状 2 1 重庆电力系统的建设现状 2 1 1 重庆电网系统发展历程 1 9 4 9 年建国初期，重庆总装机容量仪为1 6 00 0 0k w ，是高电压为1 3 8k v ， 高压线路仅5 7 2 7i o n 。建国后五十多年的电力建设抉得了极大的发展，大致经历 了以下几个阶段的发展： 1 9 4 9 年1 9 5 7 年：三年经济恢复期，新建了重庆电厂西厂工程和长寿狮子 摊水电站；建成了第一座1 1 0 k v 变电站和8 9k v l 的1 1 0 k v 线路。主网电压3 5k v ， 电力工业的发展超前于国民经济的发展： 1 9 5 8 年1 9 6 5 年：社会主义建设期，新建了重庆电厂东厂工程；建成2 2 条1 1 0 k v 线路，供电范围扩大，主网电压由3 5k v 上升到1 1 0 k v ； 1 9 6 6 年1 9 7 6 年：文革时期，国家在重庆和川东地区进行大规模的三线建 设，用电负荷增长快，建成了第一条2 2 0k v 的线路，长2 4 0 k m ，以及第一座2 2 0 k v 的变电站，完善了1 1 0 k v 的主干网； 1 9 7 7 年以后：经济迅猛妖期，新建了2 2 0k v 变电站多庸，完善了2 2 0k v 的主干网建设，新建了5 0 0 k v 的陈家桥、长寿、万卅l 变电站，丰网电握已升至2 2 0 k v 。 在重庆电力发展过程中，3 5 k v 的电压起丰导作用的时间大致为7 年，1 1 0k v 起主导作用的时间大致为1 5 年，2 2 0k v 起主导作用的时间约为2 0 年左右。目前， 为保证重庆电网的持续稳定发展，5 0 0k v 的电网正在加快步伐，并延伸到各区县 ( 市) 。 2 1 卫重庆电网建设基本现状 重庆电网供电范围，年要是本市的区、县( 市) ，以及邻水县_ ；手f 】贵州习水县，重 庆市直辖区面积8 2 00 0 0 虹f 。 电力系统生产水 ，构成： 截止2 0 0 3 年底，重庆市电网主网统调装机容量2 9 2 3 6 m w ，其中：水电 5 7 5 m v v ，火电2 3 4 8 6 m w ；地方电网1 5 5 7 3 m w ，企业自备电厂2 8 4 1m w ，2 0 0 3 年重庆电网国网售电量为1 7 5 8 5 亿千瓦时。 电网结构现状： 重庆电网拥有1 1 0k v 以上的各类变电站1 3 3 座，主变2 4 3 台。其中5 0 0k v 变电站3 座，辛变4 台，容量为30 0 00 0 0 k v a ；2 2 0 k v 变电站2 9 座，主变4 5 台， 容最6 1 2 00 0 0k v a ；1 1 0 k v 变电站1 0 1 座，主变1 9 4 台，容量7 1 6 15 0 0 k v a 。5 0 0 容量6 1 2 00 0 0k v a ：1 1 0 k v 变电站1 0 1 座，主变1 9 4 台，容量7 1 6 15 0 0 k v a 。5 0 0 重庆人学硕士学位论文2 重庆地区电力设备与电网结构现状 2 重庆地区电力设备与电网结构现状 2 1 重庆电力系统的建设现状 2 1 1 重庆电网系统发展历程 1 9 4 9 年建国初期，重庆总装机容量仅为1 6 00 0 0k w ，最高电压为1 3 8k v ， 高压线路仅5 7 2 7k m 。建国后五十多年的电力建设获得了极大的发展，大致经历 了以下几个阶段的发展： 1 9 4 9 年1 9 5 7 年：三年经济恢复期，新建了重庆电厂西厂工程和长寿狮子 滩水电站；建成了第一座1 1 0 k v 变电站和8 9k m 的1 1 0 k v 线路。主网电压3 5k v ， 电力工业的发展超前于国民经济的发展； 1 9 5 8 年1 9 6 5 年：社会主义建设期，新建了重庆电厂东厂工程；建成2 2 条1 1 0 k v 线路，供电范围扩大，主网电压由3 5k v 上升到1 1 0 k v ； 1 9 6 6 年1 9 7 6 年：文革时期，国家在重庆和川东地区进行大规模的三线建 设，用电负荷增长快，建成了第一条2 2 0 k v 的线路，长2 4 0 k m ，以及第一座2 2 0 k v 的变电站，完善了1 1 0 k v 的主干网： 1 9 7 7 年以后：经济迅猛长期，新建了2 2 0k v 变电站多座，完善了2 2 0k v 的主干网建设，新建了5 0 0 k v 的陈家桥、长寿、万州变电站，主网电压已升至2 2 0 k v 。 在重庆电力发展过程中，3 5k v 的电压起主导作用的时间大致为7 年，1 1 0 k v 起主导作用的时间大致为1 5 年，2 2 0 k v 起主导作用的时间约为2 0 年左右。目前， 为保证重庆电网的持续稳定发展，5 0 0k v 的电网正在加快步伐，并延伸到各区县 ( 市) 。 2 1 2 重庆电网建设基本现状 重庆电网供电范围，主要是本市的区、县( 市) ，以及邻水县和贵州习水县，重 庆市直辖区面积8 2 00 0 0k m 。 电力系统生产水平构成： 截止2 0 0 3 年底，重庆市电网主网统调装机容量2 9 2 3 6 m w ，其中：水电 5 7 5 m w ，火电2 3 4 8 6m w ；地方电网1 5 5 7 3m w ，企业自备电厂2 8 4 1m w ，2 0 0 3 年重庆电网国网售电量为1 7 5 8 5 亿千瓦时。 电网结构现状： 重庆电网拥有1 1 0k v 以上的各类变电站1 3 3 座，主变2 4 3 台。其中5 0 0k v 变电站3 座，主变4 台，容量为30 0 0 0 0 0k v a ；2 2 0 k v 变电站2 9 座，主变4 5 台， 容量61 2 00 0 0k v a ：1 1 0 k v 变电站1 0 1 座，主变1 9 4 台，容量71 6 15 0 0 k v a 。5 0 0 6 重庆大学硕士学位论文 2 重庆地区电力设备与电网结构现状 k v 线路6 条，长7 2 2 7k m ；2 2 0k v 线路1 0 6 条，长19 5 3 9 k r n ；1 1 0 k v 线路2 2 7 条，长30 2 1 2 6 9k m 。 重庆电网是华中区域内的省级电网，在西面和北面通过3 回5 0 0 k v 线路和5 回2 2 0 k v 线路与四川电网相联；在东面通过2 回5 0 0 k v 线路同华中电网联网运行； 在南面通过2 回2 2 0 k v 线路和贵州电网相联；成为川电东送和西电东送的枢纽电 网。 1 1 0k v 电网以2 2 0k v 变电站为各片区供电，一般均有双回线路。1 1 0k v 以 上的变电站及线路分布范围很广，具体包括重庆主城区，以及各区县( 市) 。 表2 1 重庆市电网统调装机容量表 类别电厂 装机容量( m w ) 发电量( 亿千瓦时) 重庆发电厂( 含九龙股份) 6 2 04 0 6 8 华能珞璜电厂1 4 4 06 7 6 5 华能燃机电厂 1 0 8 62 0 0 统调电厂 自鹤屯厂1 0 0 6 0 0 江口水电厂 3 0 01 2 9 狮子滩水l 乜总厂 1 6 0 5 4 0 石板水电厂 1 1 54 5 小计2 8 4 3 61 3 9 1 3 地方电网 1 5 5 7 ，36 2 8 6 企业自备 2 8 4 11 1 8 合计4 6 8 61 9 7 7 8 表2 2 重庆市主网输变电统计 t a b l e2 2s t a to f t r a n s p o r t i n ga n dt r a n s f o r m a t i n ge l e c t r i c i t yo i lt h em a i n 变压器 输电线路 项目 座数主变台数条数 长度( k i n ) 5 0 0k v3467 2 2 7 2 2 0 k v2 94 5 1 0 6 1 9 5 3 9 1 1 0 k vl o l1 9 42 2 73 0 2 1 2 6 9 合计 1 3 32 4 33 3 95 6 9 7 8 6 9 7 重庆大学硕十学位论文2 重庆地区电力设备与电网结构现状 重庆电力消费现状： 重庆市因地理物征而发展成为独特的工业布局，厂矿企业大都沿江两岸和成 渝、襄渝、川渝铁路干线布置。主城区形成约20 0 0 k m 2 平方公里的中心区，四周 分布有若干中小城市和工矿点。其中，主城区用电占全电网的约6 0 。工业用电 占全网用电的6 6 ，其中轻工业用电占工业用电的5 7 ，重工业用电占4 3 。煤 炭行业用电点5 5 ，有色金属行业用电占5 6 ，黑色冶金用电占8 2 9 ，机械 工业用电占1 5 0 9 ，化工行业用电占1 6 8 。与9 5 年前相比，重庆的工业重型 结构有所改善。 重庆电网中，居民生活用电随着生活水平的提高有较大幅度的增长，城镇居 民用电年增长1 7 以上。2 0 0 3 年居民用电量达3 0 9 7 亿千瓦时，占总用电量的 1 9 7 。 2 2 重庆地区高压输变电设备分布状况 重庆的1 1 0k v 以上的变电站有1 3 3 座，线路有3 3 9 条，数量较大，覆盖了重 庆市大部分区县市，范围十分大，逐一进行监测评价较为困难，费力费资，而且 也不必要。本评价依据一定的原则将送变电工程进行分类，在每一类型的变电站 中选取具有代表性的变电沾及线路进行电磁辐射的现状测量，再将被测变电站及 线路的测量结果和评价结论推广应用到同类的变电站，以类比方法进行重庆市高 压送变工程的电磁辐射和环境影响评价。 按照以下几个原则，对重庆地区的变电站进行了分类： 不同的电压等级： 1 ) 5 0 0 k v ； 2 ) 2 2 0 k v ： 3 ) 1 1 0 k v 。 不同的地形特征，分析重庆市的地形地貌特征，也可以分为三类： 1 ) 平坝类：即地形较平坦，无高大建筑物遮挡，电磁波传播方向开阔； 2 ) 坡地类：自然丘陵坡地，地面起伏缓慢，这类地形在重庆较为常见，主城 区和人口密的地区大多数属于该类地形； 3 ) 类山地和有高大建筑物地区：电磁波在传播方向存在明显的不均匀，地形 起伏较大，郊区和农村人口稀疏的地区大都属于这类地形。 不同的变压器的安设方式： 1 ) 户内安设； 2 ) 户外安设。 不同的周边环境与人口密度分布，按环境保护对象的程度将变电站周围环 境分为两类： 1 ) 人口稠密区：这类变电站周围的人口密度在10 0 0 人平方公里以上，这类 重庆人学硕士学位论文 2 重庆地区电力设备与电网结构现状 地区主要分布在主城区： 2 ) 变电站周围有敏感的环境保护对象或特别的保护对象：如居民小区、医院、 风景名胜旅游区：幼儿园、学校、军事区、研究机关等。 重庆市的高压送变工程通常处于人口密集区、大量的耗电用户，对电磁辐射 的限制十分严格。并且，即使在郊区目前人口较少地区，随着城市化进程的加快， 在将来也很难确定变电站周围不存在上述的环境保护对象。因此，本论文将选取 具有代表性的送变电工程进行测量和评价。 基于上述原因，本评价将送变电工程分为： 5 0 0 k v 变电站及线路； 2 2 0 k v 变电站及线路：户内型、户外型： 1 1 0 k v 变电站及线路；户内型、户外型； 把以上三种类型再分为： 平坝型； 山地型； 丘陵坡地型； 人口稠密型； 环境敏感型。 依照上述原则，重庆市变电站的具体分类如表2 _ 3 所示。 表2 3 变电站分布情况表 t 如l e2 3d i s t r i b u t i o no f h a n s f o i m e l s u b s t a t i o n s 变电站数f 座)人口密度 地区 5 0 0 k v2 2 ( 1 k v1 l ok v总数 ( a 平方公里1 渝中区l 3 42 6 6 8 5 1 6 人渡口区 2 1 5 2 9 4 江北区2 8 1 02 1 3 2 2 7 沙坪坝区 1 2 9 1 21 7 0 7 6 7 南岸区2 8 1 01 6 3 0 6 4 九龙坡区3 1 0 1 21 5 9 5 1 1 北碚区2 8 1 08 4 2 0 5 小计l1 14 65 89 7 8 9 1 万州区1 3 9 1 1 4 8 0 7 9 永川区1 6 76 5 6 2 0 江淖市2 2 44 5 1 4 9 南川市 11 2 4 6 7 6 小计5l82 34 6 0 2 7 壁山县2 26 5 5 0 2 9 重庆人学硕士学位论文 2 重庆地区电力设备与电网结构现状 2 3 重庆地区自然环境与社会环境分析 2 3 1 自然环境 重庆处于中国西南腹地，西连四川，南接贵州，东邻湖北，北与陕西相连， 是上游最大的经济中心，西南工商业重镇和水陆交通枢纽。重庆现有幅员面积约 8 24 0 0k m 2 ，东西长4 7 0k m 南北宽4 5 0k m 。全市直辖1 5 个区，4 个县级市，2 1 个县。重庆电力公司1 1 0k v 以上的变电站与输电线路覆盖了重庆市的2 4 个区县 市。重庆市大部分为山区，仅西及西南部分地区为平坝分布。地势由南北向长江 河谷逐渐降低，西北部和中部以丘陵、低山为主，东南部靠大巴山和武陵山。全 市最高点为东北和湖北神龙架相邻外，长江自西南向东北流贯过境。其支流嘉陵 江和乌江分别自北、南两面汇入。长江出境处江面海拔不足1 0 0m 。 重庆市的地形地貌存在明显的地区差异性，华莹山巴岳山以西，包括潼南、 合川、铜梁、大足、荣昌等县绝大多数地区，以丘陵为主。嘉陵江、涪江及支流 迂回在丘陵之间，小块的河谷平原零星分布。 2 3 2 社会环境 重庆市由于二元经济特征明显，人口分布极不均匀，主城区人口密度十分大， 农村及偏远地区人口密度较小。根据2 0 0 2 年统计资料，全市人口为3 10 7 34 0 0 人， 非农业人口为1 13 0 95 0 0 人，占3 6 4 ，农业人口为1 97 6 39 0 0 人，占6 3 6 。 人口自然增长率为3 2 7 。人口平均密度为3 7 2 人k m 2 。其中，人口密度最大的 是渝中区达2 66 8 5 1 6 人k m 2 ，最小的是城口县为6 4 7 5 人k m 2 。其次人口密度在 10 0 0 人k m 2 以上的依次有大渡口区、江北区、沙坪坝区、南岸区、双桥区、九 龙坡区；人口密度小于2 0 0 人平方公里以下的有城口、巫溪、武隆、酉阳、彭 水、石柱、巫山。 重庆是西南地区综合经济实力最强的城市，20 0 3 年全市国内生产总值为2 2 5 0 亿元。在国民生产总值中，第一产业、第二产业、第三产业的比重分别为1 5 2 、 4 3 4 、4 1 4 ，第二产业基本稳定，第三产业发展迅速，最终将成为重庆经济增 长贡献最大的产业。重庆现已建立起机械、冶金、化工、轻工、电子仪表为主体 的门类较全的工业体系，特别是对汽车( 摩托车) 、化学及医学工业、金属材料工业 已成为全市的支柱产业和优势产品。2 0 0 3 年工业经济快速增长，完成工业增加值 7 6 8 亿元。 重庆市作为举世闻名的历史文化名城，是中国西部最大的经济中心城市，其 城区面积为2 3 9k m 2 。目前，城市道路循环体系已建立，建成了城区道路和一大批 立交桥，并相继完成了长江大桥、李家沱大桥、黄花园大桥等重大工程。此外， 重庆市标志性的现代化工程人民广场、朝天门广场、沙坪坝商业文化广场等富丽 辉煌，高楼大厦星罗棋布。重庆市现有园林绿地面积8 5 6 9 公顷，城区绿化率1 9 ， 1 0 里鉴奎堂堡主堂垡堕苎 ! 里盎些堕生垄堡鱼兰皇堕苎塑堡鉴 人均绿地率为2 3 7m 2 。 2 4 小结 重庆发展很快，而且人口众多，用电量很大，城市不断要求增加电网容量， 所以，很有必要对电网的电磁辐射情况的调研和分析。本章主要对重庆电网发展 的历史作了一个回顾，对重庆电力系统的现状进行了调研，对高压送变电设备以 及重庆地区的电网结构进行了分析：并了解了重庆电力系统的发展规划；从环境 学的角度，对重庆地区的自然环境和社会环境进行了调研。 重庆人学硕士学位论文3 超高压输电线路辐射电磁场计算 3 超高压输电线路辐射电磁场计算 3 1 超高压输电线路的工频电场计算 超高压输电线路的电压等级高、产生的工频电场强度大，对周围的电磁环境 有一定影响。为了评估这种影响是否超过环境评估标准，需要准确地确定超高压 输电线路产生的电场。本章将重点阐述如何应用模拟电荷法建立超高压输电线路 二维电场模型，计算超高压输电线路产生的电场。 3 1 1 超高压输电线路的简化 为了便于分析与计算，对超高压输电线模型做以下简化和处理： 视工频交变电磁场为准静态场 准静态场的含义是无论忽略电磁感应效应的电准静态场，还是忽略位移电流 效应的磁准静态场，只要它们满足条件：l c t ，也就是说电磁波以速度c 传 播通过所讨论的电磁系统的最大线度尺寸工所需要的时间远小于该电磁波的周期 兀都可以认为是准静态场。显然，准静态下的源和场都是时间和空间的函数，但 电磁波传播的推迟作用可以忽略不计，这表明给定源在某一瞬间的值，就可以确 定同一瞬时的场，而与稍早瞬间的源状态无关。因此，可以用静态场的麦克斯韦 方程来建立数学计算模型。 我国的输电频率为工频5 0 h z ，本文所研究的线路横截面范围最大不超过1 0 0 0 米，有3 3 x 1 0 “ 2 1 0 。因此，输电线产生的电磁场是满足准静态条件的，可 将其产生的电磁场当作准静态场来处理 计算电场和磁场。 将三维电场简化为二维场处理 超高压输电线路的输送距离比较 长，为简化计算，忽赂端部效应和弧垂， 将输电线视为无限长直平行导线，并取 输电线弧垂的最低点为导线的离地高 度，如图3 1 所示。 输电线路的计算模型为无限长直导 线，其产生的电场为轴对称场或平行平 并应用模拟电荷法和模拟电流法来分别 图3 1 超高压输电线路计算模型 f i g u r e 3 1c a c u l a t i o nm o d e lo f s u p e rv o l t a g e l i n e s 面场，计算平面取垂直于输电线弧垂最低点的横截面以及沿导线走向的轴对称面。 输电导线半径的处理 实际的超高压输电线采用分裂导线，即通常由多根分裂次导线组成。为了计 算的方便，通常从整体上简化线路为圆柱导线如图3 2 所示。导线半径可以采用等 1 2 重庆大学硕士学位论文 3 超高压输电线路辐射电磁场计算 效半径来代替，其计算公式如下1 3 4 1 ： 量础摆 ( 3 1 ) 式中：五一分裂导线半径如图3 - 3 ；珂一次导线根数： r 一次导线半径。 大地的处理 取大地为零电位，在导线对应于大地的镜像 位置上设