（电力系统及其自动化专业论文）同塔四回输电线路电磁环境研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t m u l t i c i r c u i tt r a n s m i s s i o nl i n eo nt h es a m et o w e rc a nf u h yu t i l i z el i n ec o r r i d o r a n dr e d d c el i n ec o n s t r u c t i o nc o s t t h a ti sa9 0 0 dw a y o fn e we l e c t r i c i t yp o w e r t r a n s m i s s i o n b u te l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n to fq u a d r u p l e c i r c u i tt r a n s m i s s i o n l i n e si so n eo ft h ek e yp r o b l e m st h a tr e s t r i c tt h ed e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n d o p e r a t i o n t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho ne l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n th a si r a p o r t a n t g u i d i n gs i g n i f i c a n c e 。 t h ee l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n to fs e v e r a lk i n d so ft y p i c a lq u a d r u p l e c i r c u i t t r a n s m i s s i o nl i n e so nt h es a m et o w e ri sa n a l y z e dw i t hc d e g s ，i n c l u d i n gll0 k v , 2 2 0 k v , 5 0 0 k v , 2 2 0 11 0 k va n d5 0 0 2 2 0 k vl i n e s t h ep o w e rf r e q u e n c ye l e c t r i cf i e l d ， t h el i n ec o r r i d o r , p o w e rf r e q u e n c ym a g n e t i cf i e l d ，r a d i oi n t e r f e r e n c e ( r i ) a n d a u d i b l en o i s e ( a n ) i sc a l c u l a t e d ；a n dt h ee f f e c t so ft o w e rt y p e ，t h ea r r a n g e m e mo f c o n d u c t o r s ，t h eh e i g h to ft r a n s m i s s i o nl i n e s ，t h ea d d i t i o n a ls h i e l dw i r e s ，t h es p a c i n g o fs p l i tc o n d u c t o r s ，t h ed i a m e t e ro ft h es u bc o n d u c t o r sa n dt h ea l t i t u d ea r ed i s c u s s e d i nd e t a i l ，a n dt h em e a s u r e st oi m p r o v et h ee l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n ta r e p r o p o s e d t h e r ea r e6 4p h a s es e q u e n c ea r r a n g e m e n t sf o rq u a d r u p l e c i r c u i tt r a n s m i s s i o n l i n e so nt h es a m et o w e rt h e o r e t i c a l l y i no r d e rt oo b t a i nt h eo p t i m a la r r a n g e m e n t , t h e e l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n t a lf a c t o r so ft r a n s m i s s i o nl i n ea r ea n a l y z e di n c l u d i n g p o w e rf r e q u e n c ye l e c t r i cf i e l d ，t h el i n ec o r r i d o r , p o w e rf r e q u e n c ym a g n e t i cf i e l d ， r a d i oi n t e r f e r e n c ea n da u d i b l en o i s e b yt a k i n ge l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n tf a c t o r s i n t oa c c o u n t , t h eo p t i m a lp h a s ea r r a n g e m e n tf o rq u a d r u p l e - c i r c u i tt r a n s m i s s i o nl i n e s o nt h es a m et o w e ri so b t a i n e d t h es e c u r e d i s t a n c er e c o m m e n d e db ye x i s t i n gr e g u l a t i o n sc a n n o ts a t i s f y r e q u i r e m e n t so fq u a d r u p l e - c i r c u i tt r a n s m i s s i o nl i n e sc r o s st h eb u i l d i n g s t oc a l c u l a t e t h es e c u r ed i s t a n c eo fq u a d r u p l e c i r c u i tt r a n s m i s s i o nl i n eo nt h es a m et o w e rp a s s i n g o v e rb u i l d i n g s ，p o w e r - f r e q u e n c ye l e c t r i cf i e l dd i s t o r t i o no nt h er o o fa n dt h eb a l c o n y i sc a l c u l a t e da n da n a l y z e d e f f e c t so nd i s t o r t e de l e c t r i c f i e l dn e a rt h eb u i l d i n go f m a n yf a c t o r sa r ea n a l y s e ds y s t e m a t i c a l l y , s u c ha st h eb u i l d i n g ss t r u c t u r e ( i n c l u d i n g i t sh e i g h ta n da r e a , r a d i u sa n dd e n s i t yo fs t e e lb a r s ) 、t h et o w e r sh e i g h ta n d i i 浙江大学硕士学位论文 c o n d u c t o r s a r r a n g e m e n to nt h e t o w e r t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed i s t o r t i o no ft h ee l e c t r i cf i e l dl l e a ft h eb u i l d i n gi sa k e yf a c t o rt od e c i d es e c u r ed i s t a n c eb e t w e e nb u i l d i n g sa n d l i n e sw h i c hr e l a t e st ot h e l i n ev o l t a g el e v e l s ，b u i l d i n gh e i g h kt o w e rs l y u c t u r ea n do t h e rf a c t o r s a n dt h es e c u l e d i s t a n c eb e t w e e nc o n d u c t o r sa n db u i l d i n gi sp r o p o s e db 嬲e do nd i s t o r t e de l e c t r i c f i e l d ，i n c l u d i n gm i n i m u mv e r t i c a l c u r ed i s t a n c ea n dm i n i m u mh o r i z o n t a ls e c u r e d i s t a n c e k e y w o r d s ：q u a d r u p l e c i r c u i tt r a n s m i s s i o nl i n e ，c d e g s ，e l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n t ，p h a s es e q u e n c ea r r a n g e m e n t s ，s e c u r ed i s t a n c e 一1 1 1 一 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得滥鎏盘鲎或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：弓侈自毫 签字日期： 劫弦年；月 9 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝望盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：穆，南导师签名： 冈沿 签字日期：抄一年；月g 曰签字日期：劫，口年多 月孑同 浙江大学硕士学位论文 1 1 立题意义 第1 章绪论 随着国民经济的快速增长，城市化进程的加速推进，人民生活水平的改善 提高，带动了电力工业的快速发展，电力需求的高速增长，电网建设的规模也 在逐年增加。然而，近年来输电线路的建设的费用越来越高，线路路径的选择 和规划许可越来越困难，特别是在经济发达和人口密集的城区，输电线路的线 路走廊越来越有限和珍贵，一些地区甚至已没有新辟架空线路走廊的可能【1 5 】， 这种情况已严重制约了电网的规划和建设，因此，提高单位线路走廊宽度的输 电能力是加快电网发展面临的重要问题。 同塔四回输电线路可以充分节约、合理利用线路走廊、提高输电容量、降 低线路建设成本，是一项益多弊少的新型输电方式，既满足了电网建设的要求 又适应地方发展规划的需要，从而有利于实现社会经济和电网建设的协调、可 持续发展。 由于同塔四回线路在杆塔结构、导地线布置、相序布置等方面与单回、双 回线路相比发生较大变化，其电磁环境、雷电过电压、绝缘配合等电气特性也 发生了一定变化，但由于现行的设计规程、规范均是针对常规的单、双回输电 线路，其设计标准并未考虑双回以上线路的要求，因此，必须对同塔四回输电 线路的设计进行深入研究，以保证安全运行。 电磁环境问题是制约同塔四回线路设计、建设、运行的一个关键问题。首 先，我国面临的环境保护压力越来越大，线路的电磁环境问题越来越多的引起 公众的注意，国家电网公司也将环境保护作为同业对标的一项重要内容：再次， 随着电压等级的逐渐升高，大多数情况下，输电线路导线型号选择、导线对地 净空距离的确定等，已不是根据工作电流或绝缘要求了，而是由电晕特性及对 地面场强的限制要求来决定。电磁环境参数决定了线路参数的选择，已成为输 电工程建设中一个相当重要的方面。 因此，研究同塔四回线路的电磁环境对同塔四回线路的设计、建设和运行 具有重要的工程指导意义。 浙江大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 同塔多回路在国外应用比较普遍，尤其是在经济发达且人口密集的日本和 欧洲部分国家应用较多，这些国家由于土地资源紧缺，线路走廊的投资占工程 总投资的比重较大，同塔多回路的应用已非常广泛。 德国由于土地较为狭小，为有效利用线路走廊，德国的高压和超高压线路 同塔四回为常规线路，最多回路数为六回，并已建有混压同塔四回线路( 两回 3 8 0 k v ，两回2 3 0 k v ) ，但目前尚无5 0 0 k v 同塔四回输电线路。东京电力公司因 辖区土地资源紧张，为减少线路走廊占地，尽量采用多回路同塔架设。目前， 日本同塔架设最多回路数为八回，1 l o k v 以上线路多数为四回，5 0 0 k v 以上线 路除早期两条为单回路外其余均为双回线路，目前尚未有5 0 0 k v 同塔四回线路 【6 】 o 我国同塔多回输电线路经过十多年的研究和应用，已有了长足的发展，逐 渐成为一项成熟的技术。在经济比较发达、规划设施密集的北京、广东、江苏、 浙江等地区已建成数十条不同电压等级的高压超高压同塔四回输电线路【7 1 。 输电线路产生的电磁环境问题正引起公众越来越多的关注，相关专家已对 同塔多回线路的电磁环境问题进行了一定的研究，但还未对不同电压等级同塔 四回线路及四回线路与单回线路的电磁环境做系统的比较。 对于同塔四回线路的相序布置问题，相关专家从工频电磁场的角度分析， 推荐了最优相序布置，然而，综合考虑同塔四回线路相序布置的多样性及电磁 环境、自然功率、线路不平衡度及耐雷性能等电气特性影响，研究同塔四回线 路最优相序布置在我国尚属空白。 相关专家研究过5 0 0 k v 单回线路和1 0 0 0 k v 双回线路跨越建筑物时的工频 电场畸变情况【8 。9 1 ，并推荐了线路跨越建筑物时的安全距离。但对于同塔四回线 路跨越建筑物的情况并未做出研究。 1 3 研究内容 同塔四回线路附近的电磁污染问题将直接影响其可行性，为准确评估同塔 四回线路的电磁环境，本文具体研究内容如下： ( 1 ) 简要介绍了工频电场、工频磁场、无线电干扰和可闻噪声的生态效应、 一2 一 浙江大学硕士学位论文 计算方法以及国内外限值标准。 ( 2 ) 从工频电场、线路走廊、工频磁场、无线电干扰、可闻噪声等方面评 估了1 1 0 k v 、2 2 0 k v 、5 0 0 k v 同塔四回线路，2 2 0 k v 1 l o l ( v 、5 0 0 k 、坦2 0 i ( v 混压 同塔四回线路的电磁环境；同时将四回线路与单回、双回线路比较，便于读者 更直观的了解同塔四回线路的电磁环境问题。 ( 3 ) 分析了杆塔高度，导线特性( 子导线直径、分裂根数、分裂间距) 、 海拔高度和天气情况对电磁环境的影响，提出了改善线路电磁环境的措施。 ( 4 ) 优化了同塔四回线路的相序布置，综合分析了同塔四回输电线路相序 布置对电磁环境、线路走廊、传输功率、不平衡度及耐雷性能等电气特性的影 响，确定了决定线路最优相序布置的关键因素，利用排序法得出了同塔四回线 路的最优相序布置。 ( 5 ) 分析了建筑物结构( 建筑物高度、建筑物面积、钢筋密度、钢筋粗度) 、 杆塔高度及同塔四回线路的相序布置等对建筑周围畸变电场的影响程度，确定 了决定建筑物与线路安全距离的关键因素，并综合建筑物、杆塔结构等因素推 算了各电压等级同塔四回输电线路跨越、邻近建筑物所需的安全距离。 一3 一 浙江大学硕士学位论文 第2 章输电线路电磁环境问题 2 1 工频电场 输电线路下方的工频电场由导线上的电荷产生。工频电场可能会对输 电线路或杆塔附近的人、动物或其他生态环境产生一定的影响。 工频电场对人和生态环境造成影响的主要是电流，由工频电场在人或 物体上耦合出的电压引起。工频电场的生态影响包括短期效应和长期效应。 其中，短期效应一般是指在强电场中，处于地电位的人或动物接触对地绝 缘的物体或对地绝缘的人接触接地物体，产生地可感觉到的暂态电击、稳 态电击以及人在电场中直接的令人不舒服的感觉；长期效用是指工频电场 引起长期的生理或生物学影响。目前，国际上一致认为工频电场对人和动 物甚至植物有确定的有害影响的阈值要远高于输电线路下工频电场的限值 i o - 1 6 o 另外，随着电压等级的提高，工频电场成为决定高、超高压输电线路 走廊宽度的关键性因素之一。而目前，我国尚无关于同塔多回线路走廊宽 度的具体规定，因而线路下方的电场强度分布情况值得重点研究。 2 1 1 计算方法 输电线路的空间电场强度计算方法可分为两类：从描述静电场一般规律 的微分方程出发( 如拉普拉斯方程或泊松方程) ，将连续域问题转化为离散系 统问题来求解，例如有限差分法和有限元法等；假定一组虚设的模拟电荷为 未知数，利用已知的边界条件求解电荷分布，最后根据电位积分方程计算近似 的空间电场分布，例如模拟电荷法和边界元法等。 本文参考“国际大电网会议第3 6 0 l 工作组f 1 7 1 推荐的计算方法，使用等 效电荷法计算同塔四回线路的空间工频电场。该方法在计算时除导线和大地外， 忽略了线路下方和附近其他物体的影响。具体计算过程为：在给定导线结构和 运行电压的条件下，首先计算导线电荷，然后利用电位积分方程计算空间电场 分布。 一、 计算单位长度导线上的等效电荷 高、超高压架空输电导线上的等效电荷可视为线电荷。为简化计算，一般 一4 一 浙江大学硕士学位论文 采用等效的单根导线代替分裂导线，并认为等效线电荷的位置在导线的几何中 心。 设输电线路为无限长且平行于地面，地面视为良导体，可利用镜像法计算 输电导线上的等效电荷。为计算多导线系统中各导线上的等效电荷，可利用下 列矩阵方程求解： u u 2 ： u 。 。 ： 。 五。如五。 磊，毛：厶 q l 幺 ： q ( 2 1 ) 其中，【明各导线上电压的单列矩阵； 【纠各导线上模拟电荷的单列矩阵： 嘲各导线的电位系数组成的刀阶方阵( 为导线的数目) 。 【明矩阵可f h 导线的实际运行电压和相位确定，一般以最高运行电压作为计 算电压，并且采用复数表示。 队】电位系数矩阵可由镜像原理求得。假定地面为电位等于零的平面，地面 的感应电荷可由对应地面的导线镜像电荷替代，见图2 1 。其中，i ，表示相 互平行的实际导线，用f 、_ 表示他们的镜像。 则电位系数为： 舻一一一一7 叮 一 ，岛， 、 、 、 0 i ， j 、 _ ，b 图2 1 电位系数计算图示 一5 一 浙江大学硕士学位论文 护去k 鲁 为= 去h 苦 毛= 以 ( 2 2 ) 式中，岛空气介电常数，s o = 1 3 6 7 r x l 0 一f m ： h 广一第f 导线与其镜像之间的距离，m ； 厶第f ，导线之间的距离，m ； 厶第f 导线与第7 导线镜像之间的距离，m ； 足j 导线半径，分裂导线可用等效半径代替，m 。 最后，利用式( 2 3 ) 即可解出单位长度导线等效电荷矩阵【纠。 叼= 【加。1 【明( 2 - 3 ) 二、由等效电荷计算输电线路产生的空间电场 为计算地面电场强度的最大值，通常取规程要求的导线最小对地高度。因 此，计算的地面场强是较实际情况偏严格的。 在各导线的单位长度等效电荷量求出后，空间任意一点的电场强度可根据 叠加原理计算得出，在( x ，y ) 点的电场强度分量最和与可表示为： 式中，9 一导线，的单位长度等效电荷( f _ l ，2 ，胛) ； x i 、) ，广分别为导线f 的横、纵坐标； 厶、分别为导线f 及其镜像至计算点的距离。 对于同塔四回线路，可根据式( 2 4 ) 求得的电荷计算空间任一点电场强度 的水平和垂直分量为： r月” l 置- - e e 傩+ ，e 蚶= 如+ 坞 。： ( 2 - 5 ) l 己= + = + 玛 l s = l i = i 式中，e 蚰、e 柏分别为第f 导线和所有导线电荷实部在该点产生的电场强度 的水平分量；e 村、l 分别为第f 导线和所有导线电荷虚部在该点产生的电场 强度的水平分量；e 棚、e 氓分别为第f 导线和所有导线电荷实部在该点产生 一6 一 净静争半一i 砜一l 砜 浙江大学硕士学位论文 的电场强度的垂直分量：e 州、e 订分别为第f 导线和所有导线电荷虚部在该点 产生的电场强度的垂直分量。 合成电场强度( 空间向量) 的向量形式为： 云= ( 如+ 属乒+ ( + 玛) 罗；丘+ 亏 ( 2 6 ) 2 1 2 限值标准 目前，输电线路的电场强度限值主要参考国家环保总局和电力行业的相关 规定。 中国国家环保总局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1 1 7 】关于输电线路电场强度规定：推荐暂以4 k v m 作 为居民区工频电场评价标准。 电力行业标准d l t5 0 9 2 1 9 9 9 1 1 0 5 0 0 k v 架空送电线路设计技术规 程【18 】规定：5 0 0 k v 送电线路跨越非长期住人的建筑物或邻近民房所在位 置离地l m 处最大未畸变电场不得超过4 k w m 。 考虑到同塔四回线路一般多经过人口密集地区，从环境保护出发，我 国同塔四回线路的工频电场限值为：建议以4 k v m 作为电场强度的限值标 准和跨越或邻近建筑物时的边界参考值。 作为参考和对比之用，以下给出国外关于输电线路电场强度限值的相 关要求。 ( 1 ) 美国 对于输电线路下方的工频电场，线路走廊边缘处的场强一般控制在2 k v m 。 对于线路走廊内的线路下方最大场强，美国各电力公司取值不一致。其中，b p a 对电场强度的设计要求为：线路走廊内为9 k v m ，线路走廊边缘和跨越公路处 为5 k v m 。 ( 2 )日本 日本对电场强度的限值是根据人打伞在线路下方经过时，伞对人体火花放 电产生的不舒服程度来决定的。其中，人员经常活动的地方取为3 k v m ；山区、 森林等地的地面电场强度最大值取1 0k v m 。 ( 3 ) 其他标准 国际非电离辐射防护委员会i c n i r p 限制时变电场、磁场和电磁场 一7 一 浙江大学硕士学位论文 ( 3 0 0 g h z 以下) 暴露的导则对5 0 h z 电场限值的规定为5 k v m ( 针对一般民 众) 。i e e e 标准c 9 5 6 t m 2 0 0 2 1 9 】对5 0 h z 电场限值的规定为：对于公众取 5 k v m ；在受控区取2 0 k v m 。 综上，由于各国环保政策不同，其工频电场的限值规定存在一定的差别。 另外，c i g 】迮曾对部分国家输电线路下方的空间电场强度限值进行过归纳，各 国的限值要求也存在一定的相同之处，详见表2 1 。由表2 1 可知，各国对公众 活动区域或邻近民房处电场强度要求小于5 k v m ，跨越公路处电场强度限值为 7 1 0 k v m ，线路下方的最大电场强度限值为1 0 1 5 k v ，m 。我国1 1 0 k v 5 0 0 l ，v 交流架空输电线路的工频电场也基本是按这一水平进行控制的。 表2 - 1 部分国家输电线路下方的空间电场强度限值( c i g r e ) 国家强度限值l ( v m 1位置 依据 1 0 跨越一、二级公路 捷克 1 线路走廊边缘 日本 3 人撑伞经过的地方 a 1 0a 、c 波兰 l医院、住房、学校所在地 a 、c 2 0 难于接近的地方 a 、c 1 5非公众活动的地方a 、c 1 0跨越公路处 a 、c 原苏联 5公众活动区域 a 、c 1 有建筑物区域 a 、c 0 5居民住宅区c 明尼苏达州8 7 跨越公路处 b 蒙达拿州 1线路边缘居民住宅区c 1 1 8 纽约州 1 1跨越私人道路 b 美国7跨越公路 1 6线路走廊边缘 新泽西州3 线路走廊边缘 北达科他州 8 俄勒冈州 9 人们易接近的区域 佛罗里达州 2 线路走廊边缘 注：a 一防止暂态电击引起的不舒服效应； b 一防止稳态电击电流大于摆脱电流； 一8 一 浙江大学硕士学位论文 c - - 限制由于电场长期作用引起的生态效应 2 2 工频磁场 输电线路下方的工频磁场由导线中的电流产生。与工频电场类似，工频磁 场效应也可分为短期效应( 亦为“短时效应) 和长期生态效应。 短期效应是指人或动物接触有感应电压的物体( 由工频磁场产生) 而引起 的暂态或稳态电击。交变的工频磁场能在长导体( 如金属管道和栅栏等) 两端 感应出电压，如果该导体一端接地，则接触另一端的人或动物可能感受到电击。 并且，与工频电场相比，磁场感应的电压一般比较低，但感应电流较高。 工频磁场的长期效应是指交变磁场在人体内部感应出的电场、电压和电流 对人体的影响。过去，由于输电线路下方的工频磁场幅值很小，并未对其进行 的研究较少。从1 9 7 9 年开始，世界各国将研究重点转到对工频磁场生态影响之 上。特别是，瑞典人w e r t h e i m e r 和l e e p e r 发表的一篇关于儿童癌症和工频磁场 相关性的研究报告更是引起研究人员和公众极大地重视【1 0 1 6 1 。但至今尚无可靠 的试验证据或统计资料说明暴露在输电线路下方的磁场之下对健康有不利的影 响。 2 2 1 计算方法 采用“国际大电网会议第3 6 0 1 工作组”【2 0 1 推荐的计算方法，使用安培环 路定律计算同塔四回线路的空间工频磁场。 和电场强度计算不同，由于镜像导线位于地下很深的距离，因而一般可只 考虑处于空间的实际导线。如图2 2 所示，不考虑导线f 的镜像时，a 点的磁 场强度为： h = ；：一 ( 2 7 ) 2 石| j 2 + f 式中，j 为导线i 中的电流值，a 。 对于三相交流输电线路，空间磁场可由三相电流产生的磁场叠加而得，且 磁场矢量在空间的轨迹为一椭圆。对于同塔多回线路，空间磁场的计算原理与 单回线路相同，都是将各相导线电流产生的磁场进行矢量相加得到。 一9 一 浙江大学硕士学位论文 2 2 2 限值标准 图2 - 2 磁场向量图 目前，只有少数几个国家提出了输电线路的工频磁场限值要求。其中，欧 盟推荐其成员国采用国际非电离辐射委员会( m p a 脓c ) 导则作为强制性标 准。斟i r c 推荐的频率5 0 h z 磁场限值可见表2 2 。烈i r c 将照射限值分为职业 照射限值和公众照射限值，对于公众而言，受到连续磁场照射的磁感应强度不 应大于o 1m t 。 表2 - 2i r p i n i r c 关于工频磁场的辐射限值规定 受照对象受照时间磁感应强度，m t 整工作日0 5 职业短时 5 局限于四肢2 5 至多达2 4 ho 1 公众 数l l ，天 l 国内一般参考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1 1 7 】对5 0 0 k v 线路的推荐标准，即应用i n i r c 关于对公众全天 照射时的限值0 1 i n t 作为磁感应强度的限值标准。 2 3 无线电干扰 无线电干扰分为有源干扰与无源干扰。电晕和火花放电是有源干扰的主要 干扰源。电晕是输电线路最主要的无线电干扰源，且随电压等级的提高越加明 显。火花放电是由接触不良等原因而发生的弧光放电，并且火花放电产生的电 磁波脉冲具有重复频率低、频谱宽、幅值大和高频分量多等特点。 一1 0 一 浙江大学硕士学位论文 无源干扰是指大气中传播的无线电信号遇到导地线或铁塔后形成的一种屏 蔽和散射作用f 2 1 刎。 导线表面状况变化( 雨、雪、灰尘或昆虫的附着) 和线路沿线气候情况变 化均对线路的无线电干扰值有较大的影响，因而无线电干扰值很可能会随时间 变化而有所不同。考虑到大雨时的干扰场强平均值相对比较稳定且能够再现， 因而常以大雨时对应的平均场强作为无线电干扰的基准场强。 2 3 1 计算方法 关于高、超高压输电线路产生的0 1 5 3 0 m i - l z 频段的无线电干扰场强，可 采用标准高压交流架空送电线无线电干扰限值 2 5 , 2 6 】( g b1 5 7 0 7 1 9 9 5 ) 的附录 方法进行计算。 一、单相交流输电导线的无线电干扰场强计算 0 5 m h z 下的高压输电导线的无线电干扰场强( p v m ) 为： e = 3 5 9 麟+ 1 2 r 一3 0 + 3 3 l g 石2 0 ( 2 - 8 ) 式中，g 矾导线最大表面电场强度，k v c m ： r 导线半径，c m ； 卜观察点与导线之间的距离，m 。 一肛1 ) 司d 协9 ， 【舻赢 式中，r 导线表面的平均电位梯度，k v e m ： _ 子导线根数；d 为子导线直径，c m ： 卜通过子导线中心的圆周的直径， 9 一该相导线的等效总电荷。 二、高压交流架空线路的无线电干扰场强 由式( 2 8 ) 可计算出单回线路三相导线的各相在某一点产生的无线电干扰 场强。如果其中一相的无线电干扰场强值大干其余任一每相值3 d b ( r t v m ) ， 则该无线电干扰场强值即为该场强值，否则按下式计算： ：生生+ i 5 2 ( 2 1 0 ) 式中，卜高压交流架空输电线路的无线电干扰场强值，d b ； 局、e 厂分别为三相导线中两相较大的无线电干扰场强值，d b 。 浙江大学硕士学位论文 三、同塔多回线路的无线电干扰场强计算 对于同塔多回线路，十二相导线电晕产生的无线电干扰场强可按式( 2 1 1 ) 计算，即： - f e ，e 1ti e = 2 0 l g 【( 1 0 一) 2 + ( 1 芦) 2 + ( 1 0 _ ) 2 + ( 1 0 - ) 2 】l 2 ( 2 1 1 ) 式中，砰一四回线路的各第i 相导线在参考点产生的合成干扰场强，d b ； 最为第1 回路的第i 相导线在参考点产生的合成干扰场强，d b ；其余以此类推。 值的注意的是，上面计算的是好天气下的5 0 无线电干扰场强值。对于8 0 时间、具有8 0 置信度的无线电干扰场强( 双8 0 原则) ，可由该值增加约 6 l o d b 得到。 2 3 2 限值标准 关于输电线路的无线电干扰限值，国际无线电干扰特别委员会c 分会推荐 采用8 0 8 0 规则，即一年之中8 0 时间不超过的干扰水平，且具有8 0 的 置信度，即双8 0 原则。表2 3 列出了部分标准对无线电干扰限值的规定。 国标g b l 5 7 0 7 1 9 9 5 高压交流架空送电线无线电干扰限值规定对于 5 0 0 k v 线路距边相导线投影2 0 m 距离处，频率为o 5 m h z ，产生的无线电干扰 限值为5 5 d b 。我国目前在输电线路工程中也一般采用该5 5 d b 作为限值标准。 表2 - 3 无线电干扰限值 无线电干扰限值0 5 m h z无线电干扰限值1 0 m h z 标准备注 1 5 m 处( d b )2 0 m 处( d b )1 5 m 处( d b )2 0 m 处( d b ) d l 偃6 9 1 1 9 9 9 5 75 55 25 05 0 0 k v g b1 5 7 0 7 - 1 9 9 5 i e e e 规定 6 l5 95 65 4 美国规范 l|5 3 5 8| q g d w1 0 2 2 0 0 3 6 35 5 5 85 85 0 5 37 5 0 k v 2 4 可闻噪声 输电线路的可闻噪声是指高电压等级导线周围空气电离放电( 电晕和火花 放电) 所产生的一种人耳能直接听得见的噪声，属于声频干扰的范畴。另外， 可闻噪声是5 0 0 k v 以上电压等级才出现的问题，并主要由电晕产生。 一1 2 一 浙江大学硕士学位论文 2 4 1 计算方法 世界各国对可闻噪声的预测计算式都是根据电晕笼模拟或在试验线段上长 期实测数据的统计、分析而得出。y a n gk w a n g - h o 等人对各研究机构的可闻噪 声计算公式进行比较分析，认为美国邦纳维尔电力局( b p a ) 的推荐公式具有 较好的准确性。通过对部分输电线路可闻噪声的计算结果与实测结果的比较， b p a 公式的误差大多仅仅在l d b 左右。但在实际应用时应注意，b p a 计算式仅 适用于导线分裂间距3 0 - - - 5 0 c m 、导线表面电场强度1 0 - - 2 5 k v c m 的常规对称 分裂导线。 b p a 计算式具体为： 式中，s 以a 计权声级； z 相数： p w l ( ，) 第f 相导线的声功率级； r 广一测点至被测第f 相导线的距离； 卜导线的表面场强，k v c m ； 叱导线等效半径，叱= o 5 8 n 0 船d ，l i r a 。 2 4 2 限值标准 关于国外对可闻噪声的限值标准，美国运行经验表明线路走廊边缘，对离 线路中心线3 0 m 处5 3 d b 以下的可闻噪声水平基本无抱怨，噪声水平达到 5 3 5 9 d b 时，生活在线路附近的人们会提出某些抱怨，当噪声水平超过5 9 ( 1 b 时， 抱怨大量增加。对比部分国家的相关标准，日本的限制最严，将其线路下方的 噪声水平换算到走廊边缘( 1 5 m ) ，约为4 5 d b ；美国和前苏联次之，均为5 5 d b ： 意大利的限制相对最为宽松，控制在5 6 5 8 d b 之间。 我国目前对同塔四回线路的可闻噪声尚无限值标准。g b 3 0 9 6 9 3 城市区 域环境噪声标准【2 7 】中规定的城市五类区域的环境噪声限值见表2 - 4 。 表2 4 我国噪声标准( 等效声级k ：d b ) 类别昼间 夜间 0 5 04 0 一1 3 一 一 冯 一 缀 浙江大学硕士学位论文 15 54 5 26 05 0 36 55 5 47 05 5 其中：0 类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域； 1 类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居住环境可参照执行该类标准； 2 类标准适用于居住、商业、工业混杂区： 3 类标准适用于工业区； 4 类标准适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。 参考我国城市区域环境噪声标准和国外提出的一般准则，高、超高压 同塔四回线路湿导线的噪声水平分别限制为5 5 d b ，相当于表2 _ 4 中的3 类区( 工 业区) 夜间限值标准。 一1 4 一 浙江大学硕士学位论文 第3 章同塔四回输电线路电磁环境研究 为更直观的分析同塔四回线路的电磁环境问题，本章采用加拿大安全工程 公司( s e s ) 推出的c d e g s 软件包【2 8 3 0 1 ，从工频电场、工频磁场、无线电 干扰、可闻噪声等方面将1 1 0 k v 、2 2 0 k v 、5 0 0 k v 同塔四回线路，2 2 0 k v 1l o k v 、 5 0 0 k v 2 2 0 k v 混压同塔四回线路的电磁环境与单回、双回线路做比较，总结了 同塔四回线路电磁环境的主要问题，分析了相序布置对线路电磁环境的影响。 推荐了电磁环境的最优相序布置。 3 1 线路参数与仿真模型 3 1 1 典型塔型及线路参数 同塔四回线路有两种典型塔型：导线垂直排列的竖塔( s 型塔) 和导线水 平排列的横塔( h 型塔) ，目前，国内己投入使用的其他电压等级的高、超高压 同塔四回线路包括1 1 0 k v 、2 2 0 k v 同压同塔四回线路及2 2 0 k w l l o k v 、 5 0 0 k v 2 2 0 k v 混压同塔四回线路，塔型示意图如图3 1 一图3 5 所示。 蠢： 。 ； 毒 i 毒o h ；5 “ 暑 ；b l k矗玉 一l 一 ；。 ：耷 c ( a ) s 型塔 ( b ) h 型塔 图3 11 1o k v 同塔四回线路塔型示意图 一1 5 一 浙江大学硕士学位论文 蠢一i 工 ； ；3 - ；- h i ；_ i各bl 3 。 婚 ；c ： c ( a ) s 型塔( b ) h 型塔 图3 - 22 2 0 k v 同塔四回线路塔型示意图 ；，知；7 脑暑 ； l0 毛= 善 4 j ；， ；9 7 m 点；。 j kb 地ll 知 ；c cj ( 8 ) s 型塔( b ) h 型塔 图3 35 0 0 k v 同塔四回线路塔型示意图 ；一 ! - 。摹一li i ；“ ! i 。f霸。 。r弘。 。r飞。 b a 5 5 m 辱i 5 卜 8 1 钿扎2 2 m 点 c l5 c5 52 - 5 2 m4 1 b scs ssl cb ( a ) s 型塔( b ) h 型塔 图3 _ 42 2 0 k v 1 1 0 k v 混压同塔四回线路塔型示意图 一1 6 一 浙江大学硕士学位论文 。p蔓 l 竺 m h ! 】 i - “ 曼 ；c 一 - 。“! e h 畔； gc 。卜 | s t p 点 c s h5 h 6 厶 l gc i ii c矗 ( a ) s 型塔( b ) h 型塔 图3 - 55 0 0 k v 2 2 0 k v 混压同塔四回线路塔型示意图 同塔四回输电线路的线路参数为：l l o k v 线路采用l g j - 2 4 0 3 0 型钢芯铝绞 线；2 2 0 k v 线路采用2xl g j 4 0 0 3 5 型钢芯铝绞线；5 0 0 k v 线路采用l g j - 4 6 3 0 4 5 型钢芯铝绞线；地线均采用儿b 4 0 a 1 5 0 型铝包钢绞线。 3 1 2 相序布置及编码处理 同塔四回线路的相序布置方式有很多，理论上有6 4 种。单回输电线路相序 布置有a b c 、a c b 、b a c 、b c a 、c a b 、c b a 共计6 种方式，可用l 6 分别 表示该线路6 种排列方式之一。同理，对于四回线路，可用4 位6 进制编码来 表示其相序布置，故从1 1 1 1 - 6 6 6 6 可遍历同塔四回线路1 2 9 6 种相序。 3 1 3 计算模型 线路运行参数：1 1 0 k v 线路最高运行电压u = 1 1 5 1 1 0 k 、忙1 2 6 5 k v ，最大 运行电流6 4 0 a ；2 2 0 k v 线路最高运行电压t 片 - i 1 5 2 2 0 k v 兰2 5 3 k v ，最大运行 电流1 2 8 0 a ；5 0 0 k v 线路的最高运行电压u = i 1 0x5 0 0 k v = 5 5 0 k v ，最大运行电 流取4 0 4 0 a 。 根据国家电网公司企业标准q g d w1 7 9 2 0 0 8 1 1 0 - 7 5 0 k v 架空输电线路 设计技术规定【3 l 】，1 1 0 k v 输电线路导线与地面距离，在最大计算弧垂情况下居 民区不应小于7 0 m ，非居民区不应小于6 0 m ：2 2 0 k v 输电线路导线与地面距 离，在最大计算弧垂情况下居民区不应小于7 5 m ，非居民区不应小于6 5 m ： 5 0 0 k v 输电线路导线与地面距离，在最大计算弧垂情况下居民区不应小于 1 4 0 m ，非居民区不应小于1 1 0 m 。本节计算均取规程要求的非居民区的最小距 一1 7 浙江大学硕士学位论文 离，即6 0 m 、6 5 m 和1 1 0 m 。 3 2 电磁环境计算 3 3l i o k v 同塔四回输电线路 3 3 1 电磁环境计算 对1 1 0 k v 同塔四回线路s 、h 型塔，用四位6 进制编码从1 1 1 1 - 6 6 6 6 遍历 所有相序。经过穷举，推求了工频电场( 层) 、磁场( b ) 、无线电干扰( 盯) 和 可闻噪声( 川) 的最优、中间、最差相序布置；计算了不同相序布置下，线路 下方工频电场的最大值、工频磁感应强度的最大值、边相导线外2 0 m 处无线电 干扰和可闻噪声值，计算结果如表3 1 所示。 表3 11 1 0 k v 同塔四回线路电磁环境最优、中间、最差相序布置及其对应的电场强度、磁感应 强度的最大值、边相导线外2 0 m 处无线电干扰和可闻噪声值 e ( k v m ) b ( r c r ) 脚( d b )彳( d b ) 相序布置 m i 相序布置 b m i 相序布置 砒 相序布置 a n