（电磁场与微波技术专业论文）高压输变电系统电磁环境分析及对安庆市影响的研究.pdf

摘要 摘要 随着我国电力工业的发展，尤其是2 2 0 k v 、5 0 0 k v 、1 0 0 0 k v 等高压、超高 压输变电设施建设规模不断扩大，建设速度不断加快，许多城市和地区对供电电 力网进行了大规模的改造和扩建，一些电压等级高的变电站建设项目纷纷上马， 由此而产生的电磁污染必然对城市环境造成影响，因此，电磁污染对环境影响的 研究具有非常重要的意义。随着城市加快现代化进程，许多变电站急需提高电压 等级，输变电系统改造开始实施，电磁环境污染的研究对城市的规划和建设有着 重要的指导作用，为电力系统的设备改造的环境评估提供了重要的参考。 基于国内外现有研究工作的基础，本文通过实地测量安庆市长江大桥综合技 术开发区的电磁环境主要参数指标，将测量数据进行整理，建立图表或表格，并 对此进行分析和研究找出一些规律，并与相应国家标准或国外一些常用标准进行 比较，分析清楚安庆市典型区域高压电力系统电磁环境对城市的影响状况，还将 高压输电线路对安庆石化输油主管道的影响做了详细的研究。主要工作和结论如 下： ( 1 ) 阐述了高压输变电系统电磁环境分析的背景及意义，研究了国外常用的 一些电磁辐射的标准和限值。 ( 2 ) 分析了目前常用的一些高压输变电电磁计算方法，比较了它们的优缺点。 ( 3 ) 对安庆市典型区域长江大桥综合经济开发区的电磁环境进行了具体测 量，分析及计算结果对安庆市城市电磁环境污染研究、城市规划及高压架空线路 改造有参考价值。 ( 4 ) 对输电线路和安庆石化输油管道的电磁兼容状况进行了研究。详细分析 了输电线路对石油管道维护人员人身安全、输油管道本身安全、输油管道阴极保 护设备的影响及输电线路对输油管道的交流腐蚀作用。对高压输电线路的建设和 安庆石化地下输油管道的敷设有着重要的指导意义。 关键词：高压电、输变电、电磁环境、电磁测量 a b s t r a c t 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 cp o w e r i n d u s t r y ，e s p e c i a l l yt h ei n c r e a s eo fp o w e r f a c i l i t i e sf o r2 2 0 k v , 5 0 0 k v , a n d10 0 0 k vt r a n s m i s s i o ns y s t e m ，a n dt h ee x p a n s i o no f c o n s t r u c t i o ns c a l e ，p o w e rs u p p l yg r i d si nm a n ya r e a sh a v e b e e ni m p r o v e da n d e x p a n d e d b e s i d e s ，w i t ht h er a p i d l yu n d e r g o i n gu r b a n i z a t i o n ，t h ee l e c t r o m a g n e t i c p o l l u t i o nc a u s e db yh i g h v o l t a g es u b s t a t i o na n dt r a n s m i s s i o nl i n e su n a v o i d a b l y e f f e c t su r b a ne n v i r o n m e n t t h e r e f o r e ，i n v e s t i g a t i n gt h i se f f e c ti so fg r e a ti m p o r t a n c e m a n ys u b s t a t i o n sb a d l yn e e dr a i s i n gt h e i rv o l t a g el e v e l sa n dt h er e b u i l d i n go f t r a n s m i s s i o n t r a n s f o r m a t i o ns y s t e m si sb e g i n n i n gt ob ec a r r i e do u t t h ei n v e s t i g a t i o n o fe l e c t r o m a g n e t i cp o l l u t i o nw i l lb eo fg r e a th e l pi ng u i d i n gu r b a np l a n n i n ga n d c o n s t r u c t i o n ，a n dp r o v i d e si m p o r t a n tr e f e r e n c ei ne n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n to ft h e p o w e r f a c i l i t i e sr e c o n s t r u c t i o n b a s e do nt h ee x i s t i n gw o r k s ，h o m ea n da b r o a d ，a n da f t e ro u rf i e l dm e a s u r e m e n t s o fa n dr e l a t e dr e s e a r c hi n t ot 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 ti na n q i n gc h a n g j i n g d a q i a od e v e l o p i n gz o n e ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h em e a s u r e dv a l u e sa n dt h e o r e t i c a l v a l u e sa n dc o m p a r e sw i t ht h ec o r r e s p o n d i n gn a t i o n a ls t a n d a r d s ，w h i c hd e m o n s t r a t e s t h ei n f l u e n c eo fh i g h - v o l t a g ep o w e rt r a n s m i s s i o na n dt r a n s f o r m a t i o n s y s t e m s e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o nt ot h eu r b a ne n v i r o n m e n to fa n q i n gc i t yt y p i c a lr e g i o n ，t h e n d e t a i l e ds t u d yo ft h eh i g h v o l t a g et r a n s m i s s i o nl i n et ot h ei m p a c to ft h ep i p e l i n eo f a n q i n gp e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o n f o l l o w i n gi sw h a tt h i sp a p e rh a sd e a l tw i t h ： ( 1 ) d e s c r i b e dt h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo fe 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 n a l y s i si nh i g h v o l t a g ep o w e rt r a n s m i s s i o n t r a n s f o r m a t i o ns y s t e m a n ds t u d i e ds o m e o ff o r e i g ns t a n d a r d sa n dl i m i t i n gv a l u e so fe l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o n ( 2 ) a n a l y z e ds o m eo ft h eo f t e nu s e dm e t h o d so fc a l c u l a t i n ge l e c t r i c i t ya n d m a g n e t i t eo fh i g hv o l t a g ep o w e ra n dc o m p a r e da d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h e m e t h o d s ( 3 ) m e a s u r e dt h ee l e c t r i c - m a g n e t i ce n v i r o n m e n to ft h et y p i c a lr e g i o no fa n q i n g i i a b s t r a c t c h a n g j i n gd a q i a od e v e l o p i n gz o n e t h er e s u l t st h a ti so b t a i n e df r o ma n a l y z i n ga n d c a l c u l a t i n gt h em e a s u r e m e n t sc a s tl i g h to nr e s e a r c hi n t oe l e c t r i c m a g n e t i cp o l l u t i o ni n a n q i n gc i t y , a n d o nu r b a n p l a n n i n g a n dr e b u i l d i n g h i g h v o l t a g e o v e r h e a d t r a n s m i s s i o nl i n e s ( 4 ) a n a l y z e de m co ft r a n s m i s s i o nl i n e sa n do i lp i p e l i n e s ，a n dm a d ed e t a i l e d a n a l y s i s i n t oe f f e c t so fp o w e rt r a n s m i s s i o nl i n e so nt h e s a f e t yo fo i lp i p e l i n e s m a i n t a i n e r sa n dt h a to ft h e p i p e l i n e s a ss u c h ，a n do nt h e p i p e l i n e s c a t h o d i c p r o t e c t i o ne q u i p m e n t , a sw e l la sa ce t c h i n go ft h et r a n s m i s s i o nl i n e so nt h ep i p e l i n e s t h ea n a l y s i si su s e f u li ng u i d i n gc o n s t r u c t i n gh i g hv o l t a g ep o w e rt r a n s m i s s i o nl i n e s a n dl a y i n go i lp i p e l i n e k e y w o r d s ：h i g h v o l t a g e ；p o w e r t r a n s m i s s i o na n d t r a n s f o r m a t i o n ； e l c t r i c m a g n e t i ce n v i r o n m e n t ；e l e c t r o m a g n e t i cm e a s u r e m e n t i i i 第一章绪论 1 1 论文研究的意义 第一章绪论 过去，我国的电力工业不发达，大型发电站少，电压等级不高，且大多数输 电线架设在荒凉的无人居住区，所以输电线路对环境的影响一直没有引起大家足 够的重视。如安庆电网，位于安徽电网的最木端，曾经仅靠来自同一电源点的3 条2 2 0 千伏线路送电，内部电源主要依赖大别山区小水电。随着城市建设规模的 扩大和用电幅度的增长，电网的容量越来越大，输电线电压等级也在不断提高， 变电站数量也增加很多，高压电网渐渐深入到城市人口密集区域。由此必定会带 来一些电磁环境问题，使得电力网建设必须考虑电磁兼容的问题【l 】。高压架空 输电线路在城市内部分布，其可能产生的电磁污染也逐渐受到人们的关注。要搞 清楚电磁污染对环境的影响状况，就要对电磁环境进行分析和测量。 随着安庆市进入安徽承接长三角产业转移的中心城市，最近几年发展十分迅 速，工业迅猛发展使得电力需求量增大，在安庆市周边区域高压以至超高压输电 线、变电站等设施不断增多，随处可见，一些变电站逐渐由郊区转移到市中心地 带，5 0 0 k v 变电站从农村搬到市郊，由此产生的电磁环境越来越复杂。安庆是国 家历史文化名称，又是国家园林城市，而且一直以宜居为自己的发展目标，对这 样一座生态型城市进行工频电磁场进行测试很有必要，而且对安庆城市环境的工 频电磁场进行大范围的测试、分析和研究在皖江地区尚属首次，本课题旨在通对 安庆地区典型区域工频电磁场的分析和研究，找出其工频电磁场分布规律，为安 庆市开发区总体规划和建设提供有用的指导，为电力网的改造提供重要的电磁环 境方面的参考依据。 1 2 电磁环境相关参数 高压输变电工程的电磁环境问题主要考虑： 一工频电场及静电感应； 二工频磁场及电磁 苗压输变i u 系统电磁环境分析及对安庆市影响的研究 三无线电干扰场强： 四高压电线产生的电晕。 从频率上说，这几方面覆盖了从低频5 0 h z 到高频上百兆赫兹的范围。工频 电场、工频磁场，无线电干扰、电晕都有可能对城市环境产生影响，甚至危害人 的身体健康，这就需要研究其具体影响机理，从而采取必要的措施，降低影响程 度。工频电场、工频磁场对处在其中的人体和其它生物体的作用，可称之为生态 效应，即工频电场的感应电荷在人体内流动形成电流，而束缚电荷的极化即让已 经存在于组织中的电偶极子产生转向运动。 无线电干扰水平是电磁环境污染的一个很重要的参数指标，主要是对居民接 收无线电信号质量的影响。无线电干扰影响主要从4 个方面来分析：( 1 ) 无线电 干扰场强，( 2 ) 无线电信号强度，( 3 ) 信噪比，( 4 ) 线路与接收点的距离。其中 信噪比是个关键的影响因子，c i s p r 推荐当无线电干扰影响的信噪比为2 6 d b 时， 是可以接受的一个限值。 高压输电线路电晕放电会产生一些噪声问题，对这一问题首先展开研究的国 家是美国，美国从采用5 0 0k v 超高压输电时就开始这方面的研究。当交流超高 压输电线中有电流流过的时候，会出现一些可听噪声，如果可听噪声太大，影响 人民群众的生活，那就必须使这些高压设备降压运行或停止使用。因此，电晕噪 声是高压线路电磁污染的一个总要的方面，制约了高压输电的发展。 1 3 电磁兼容与电磁干扰 国际电工委员会标准i e c 对电磁兼容( e m c ) 的定义是：系统或设备在 所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。电磁 干扰( e m i ) 是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象，e m c 包括两个方 面的要求：( 一) 是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不 能超过一定的限值；( 二) 是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定 行的设备和人员造成干扰、影响和危害。2 0 世纪8 0 年代兴起的电磁兼容 e m c 学科以研究和解决这一问题为宗旨，主要是研究和解决干扰的产生、传 播、接收、抑制机理及其相应的测量和计量技术，并在此基础上根据技术 第一章绪论 经济最合理的原则，对产生的干扰水平、抗干扰水平和抑制措施做出明确 的规定，使处于同一电磁环境的设备都是兼容的，同时又不向该环境中的 任何实体引入不能允许的电磁扰动。 电磁干扰有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰主要是电子设备产生 的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子 设备产生的干扰信号通过空问耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设 备。 为了防止一些电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子设备的正 常工作，各国政府或一些国际组织都相继提出或制定了一些对电子产品产 生电磁干扰有关规章或标准，符合这些规章或标准的产品就可称为具有电 磁兼容性e m c 。 系统要发生电磁兼容性问题，必须存在三个因素，即电磁骚扰源、耦 合途径、敏感设备。所以，在遇到电磁兼容问题时，要从这三个因素入手， 对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。 电磁骚扰源即任何形式的自然或电能装置所发射的电磁能量，能使共 享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其它设备、分系统或系统发生 电磁危害，导致性能降级或失效。耦合途径即传输骚扰的通路或媒介。敏 感设备是指当受到电磁骚扰源所发出的电磁能量的作用时，会受到伤害的 人或其它生物，以及会发生电磁危害，导致性能降级或失效的器件、设备、 分系统或系统。许多器件、设备、分系统或系统既是电磁骚扰源又是敏感 设备。 1 4 国内外研究现状和趋势 城市环境电磁辐射污染和监测方法的研究，国际上5 0 年代前后才开展这方面的研究工作。 工作的内容主要是研究其分布规律，研究的方法主要是通过现场实测及数理统计。如美国在 早在1 9 6 9 年就曾对华盛顿、1 9 8 0 年前后对大洛杉矶地区进行电磁辐射污染的测试调查；而 日本早在在1 9 5 0 年、1 9 7 5 年两次对东京做了电磁辐射污染的测量与调查。目前，国外主要 是不断研制一些性能优良的测量仪器和研究更加实用的实测技术。测量仪的研制工作仍然是 美国领先。其主要研制和生产厂家有：通用微波分司、好乐顿工业公司和纳达微波公司。 高压输变电系统i u 磁环境分析及对安庆市影响的研究 测量仪器朝着多型号、便携带、宽频带、高灵敏度、强电磁屏蔽性能的方向发展， 另外不不断研制一些自动化程度很高的测量系统进行环境电磁场强的测量，例如 w e i 型1 3 0 a 自动频谱显示和信号分析系统为主的自动测量系统可以通过测量系 统内的一台频谱分析仪与一台小型计算机相连接，用于数据的处理。这种自动测 试仪器一般配有一套专用天线可保证在0 5 m h z - 1 0 g h z ，的频率范围内进行无方 向性场强测试。全部仪器放置在一辆专用测试车上，机动性强，车上配有白备发 电视，以供仪器运行以及空调，取暖，昭明使用，测试天线可以自动升降。 一般来说，现在国际上将用于电磁辐射测量方面的仪器分为两大类。第一类 为主要用于测量电磁干扰强度大小，确定干扰量的仪器，通常称做干扰测量仪远 场测量仪。因为被测对象通常场强值很小，所以这类仪器的灵敏度很高。早已实 现数字化，并且配有计算机程序控制器，从而使得测量工作的精确度、速度大大 提高，操纵仪器也变得很方便。第二类仪器主要是用于监测作业环境以及人类生 活环境中大功率辐射源周围环境的电磁场强度的仪器，通常称做场强测量仪或环 境场强测量仪。因为被测场强通常较强，故它们的测量上限值很高，一般要达到 几百乃至几千伏米。通常这类仪器为便携、非扫描、宽频带，直读式测量仪， 配有2 3 个测量探头一般为三维探头，以提高测量准确性。这类仪器使用、操 纵均很方便。 我国的电磁辐射监测仪存在型号少，功能不强频带范围不宽，灵敏度不高， 电磁屏蔽性能差等问题。因此急需开发生产功能全、性能优良的监测仪器。在监 测方式上我们国家主要是采用人工手动监测，这样很难进行长期连续监测。所以， 我们国家电磁污染监测技术发展的一个趋势就是要发展自动智能监测【lo j 。 1 4 1 国外有关工频e m f 对环境特别是对人体的影响研究现状 1 9 7 9 年瑞典w e r t h e i m e r 和l e e p e r 首次发表文章认为，与居住在其它地方的 儿童相比，邻近电力线路居住的儿童患自血病的几率较高，由此引起了工频磁场 是否会引发癌症的广泛研究。研究一般是从流行病学和实验室研究两方面进行， 涉及的范围很广，除工频磁场是否会引发白血病外还涉及到是否会引发其他各种 癌症，以及是否会引发各种生物效应和生殖遗传等。迄今每年发表的文章有数百 篇，美国每年花费在研究和处理工频磁场方面费用高达1 0 亿美元，据1 9 9 3 年统 4 第一_ 章绪论 计，在此以前估计已花费2 3 0 亿美元之巨。有些学者和组织在阅读了大量已发表 的研究报告后，基于电场和磁场对人的影响制定了相应的曝露标准，也有些学者 认为现有工频电磁场与癌症无关，建议美国政府应停发有关研究经费。到目前为 止关于工频电磁场是否对健康无害，国际上还没有一个明确、肯定和一致性的结 论。 1 4 2 国内有关高压输电线路对环境的影响研究现状 随着我国经济和社会快速发展以及用电需求迅速增长，电力供应r 趋紧张， 电网的输电压力越来越大，急需加大电网建设力度，研究高压输电线路的电磁环 境对城市的影响从而更好更科学的指导电网建设十分紧迫。与此同时，人们更加 注重自己的生活质量和生存环境，环保意识越来越强，对环境保护的要求也越来 越高，目前一致认为，输变电工程产生的电磁环境主评价集中在如下四个方面： 工频电场评价、工频磁场评价、无线电干扰评价、噪声评价。随着1 0 0 0 k v 级特 高压输电系统的出现，环境影响问题是影响其施工和建设可行性的关键问题之 一。等压等级越高，其输电系统所产生的电磁环境对城市的影响会更为严重。必 须进行研究和论证其可行性。 1 5 论文组织结构 本文的研究得到安庆市环保局、安庆市供电局、安庆石化管道公司、安庆大 桥综合技术开发区管委会的大力支持，我们采用了目前国际上电磁监测常用的测 量仪器。为了确定选取安庆市高压输变电对城市环境影响的典型区域，我们几人 多次到安庆大桥开发区进行了实地考察，我和安庆环保局的技术人员克服了困 难，对选定区域做了详细的测量，并对这些数据进行整理、分析，获得一些很有 价值的一手资料。 本文具体内容按章节依次叙述如下： 第一章主要介绍本文研究的意义、背景、电磁环境的概念，阐述了电磁兼容和电 磁干扰的一些区别，分析了国内外电磁辐射对环境影响的研究现状。第二章为高 压输变电系统电磁环境分析方法，主要介绍了利用空间等效电荷法对高压变电 高压输变电系统电磁环境分析及对安庆市影响的研究 站及高压架空输电线路的电磁场的主要技术指标进行计算，然后对其他电磁场的 计算方法进行了比较，讨论了各自的优缺点和适用场合。第三章为高压输变电电 磁环境参数指标的测量，主要对安庆长江大桥综合技术开发区进行了实地测量， 将这些测量数据建成表格和图表，并对数据进行分析，得出规律性结论，以此来 指导开发区的规划和建设，为电力网的改造提供第一手参考资料。第四章研究了 高压输变电电磁环境污染的防护方法和措施。第五章分析了高压输电线路对安庆 石化平行敷设石油管道的电磁影响。为电力网的建设和石化输油管道的敷设提供 可行性参考方案。第六章为结束语部分，主要对全文进行总结。 6 第二章高压输变i 乜系统l u 磁环境分析方法 第二章高压输变电系统电磁环境分析方法 2 1 高压输变电系统电磁环境分析原理 在高压输变电工程中，对电磁环境产生污染的主要污染源主要是高压输电线 路本身和变电站中的高压电力设备。我们国家超高压输电线路发展十分迅猛，5 0 0 千伏现在已经成为我国电力系统的主干网络。近年来1 0 0 0 千伏级交流输电发展 也很快，这些超高压输电线路电压等级很高，对周围区域里包括人体、一些植物、 动物，还有一些电子设备、大型建筑物、石油输送管道等都会产生不同的影响， 城市不断扩大，人口也越来越密集，输变电设施渐渐迁到市里，随着工业用电和 居民用电需求量的不断增大，电力网设施需要不断更新和扩建改造，以后会在城 市人口密集地区越来越多地见到这些设备【1 7 1 。高压系统所产生的电磁环境问题 越来越引起人们的关注，对其进行研究十分必要和有意义。 2 1 1 高压变电站电磁环境分析原理 变电站内电气设备较多，布置复杂，其产生的工频电磁场与无线电干扰难于 用模式进行理论计算，因此采用采用测量的方法进行影响评价，在整个变电站内 部和外部周围空间肯定形成了复杂的电磁环境。这对周围区域最大影响就是静电 感应问题，让其周围空问遭到不同程度的电磁污染。 2 1 2 高压输电线路电磁环境分析原理 当高压输电线路有交变电流流过时，线路中因为存在电容和电感，会产生振 荡电场，从而对电线周围区域产生一定电磁辐射，电压等级越高，辐射将越强， 架空导线越低，其下方电场场强越强，电磁辐射也越强，升高塔杆，导线离地面 距离加大，场强会减小。在远距离传输过程中或者跨江跨河输电时，两电塔架构 距离太远，电线回出现弧垂，相应的最大场强影响区域将会位于档距中央，靠杆 高压输变电系统i 乜磁环境分析及对安庆市影响的研究 塔处的场强将会减弱。 2 2 高压输电线路工频电磁场计算 在工程实践中，等效电荷法计算高压输电线路的工频电磁场强度一直很普 遍，本文采用等效电荷法来计算工频e m f ，这是“国际大电网会议第3 6 0 l 工 作组”推荐的首选计算方法。 2 2 1 空间等效电荷法 空间等效电荷法的理论基础来源于电磁场惟一性定理，以静电场的镜像法为 基础，将电极表面连续分布的自由电荷或介质分界面上连续分布的束缚电荷用一 组离散化的模拟电荷来等值替代，这样我们就可以利用叠加原理将离散的模拟电 荷在空间所产生的场量进行叠加，得到与原连续分布电荷等效的空问电场分布的 方法，当然前提条件是这组电荷能满足原来给定的边界条件，模拟电荷法可用于 计算高压电极、高压输电线和其它高压电器附近的高压电场。 1 8 1 一般把输电线看成无限长，且把它看成和地面是平行的，实际上由于重力的 影响，两架构之间的距离教长时，导线会呈向下的弧形，但一般工程中计算时直 接当做和地面平行的了，因为大地可视为电位为o 的良导体，我们可以计算出各 导线的电荷密度就是利用镜像法计算输电线上的等效电荷，我们把高压输电线上 的等效电荷当成是线电荷，等效电荷的位置可以认为是在输电线的几何中心处。 设各导线线电荷密度分别为tl、t2 、tn ，可由式( 2 一1 ) 所示的矩阵方程求得： 【u 】= 【入】【】或【t 】= 入 - 1 【u 】( 2 - 1 ) 式中，【u 】矩阵可由输电线的电压和相位确定，表示的是各导线上的电压， t 】 表示各导线上电荷密度的列矩阵；【入】表示各导线自电位系数和互电位系数组成 的n 阶方阵。 如图2 1 所示，电位系数可由式( 2 2 ) 、式( 2 3 ) 、式( 2 4 ) 表示： 乃= 去h 等 p 2 ， 第二章高压输变i u 系统l 【l 磁环境分析方泫 图2 - 1电位系数计算图 乃= 面1h 等 口3 ， 九= 如 ( 2 4 ) 式中，= 3 6 万x 1 0 - 9 f m ，尽表示输电导线半径，其计算式为： r 瑚等 ( 2 - 5 ) 式中，r 表示分裂导线半径如图2 - 2 所示，r 次导线半径。对于分裂导线可用等 鼬魄郴导绻半棒仵入， 图2 2 等效半径计算图 9 盎压输变电系统电磁环境分析及对安庆市影响的研究 对三相交流线路来说，各相导线的电压如式( 2 6 ) 所示： u f = u 氓+ j u , l 相应的电荷如式2 7 所示： q i = q f r + 尥。 式( 2 1 ) 的矩阵关系如式( 2 8 ) 、( 2 9 ) 所示： 眇异】_ 阻k 】 眇。 = 阻q 1 】 2 2 2 高压输电线下空间工频e 的计算 ( 2 6 ) ( 2 - 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) 为了能够计算地面e m 。，一般在工程实践中是取夏季满负荷有输电线路两支 架之间的电线呈最大弧度时计算。只要我们求出了各导线单位长度的等效电荷 量，那么就可以利用电场的叠加原理来计算电线下方区域任意一点的电场强度 了，在p ( x ，y ) 点可以得到电场强度的垂直分量和水平分量，计算式为： t 2 去喜qc 寻一希，( 2 - 1 0 ) 驴去和半一嚣， 亿 ， 在( 2 1 0 ) 、( 2 - 1 1 ) 式中，厶、厶为导线i 及其镜像至计算点的距离，m 表示导 线数曰。 2 2 3 高压输电线下空间工频b 的计算 高压输电线路产生的磁场仅由输送的电流产生。根据电磁场的安培定律，可 以将磁场的计算结果按矢量叠加，可计算出导线周围空间的b 。如图2 3 所示， 不考虑导线i 的镜像时，可计算其中a 点产生的磁场强度，由式( 2 1 2 ) 表示： 1 0 第二章高压输变i 【l 系统i 【l 磁环境分析方法 h 2 丽i2 冗_ h 1 + 0 ( 2 1 2 ) 式中：h 表示其中a 点处产生的磁场强度，i 表示导线i 中的电流值，h 表示导 线架设高度，l 表示任意点与导线的水平距离。 图2 3磁场向量图 2 2 4 高压输电线无线电干扰水平的计算 关于1 1 0k v 到5 0 0k v 高压交流架空输电线产生的0 1 5m h z - 3 0m n z 频段 无线电干扰水平的计算，根据g b t 7 3 4 9 2 0 0 2 高压架空送电线、变电站无线电 干扰测量方法的国家标准进行计算，由式( 2 1 3 ) 可计算出o 5m i - i 时高压交流 架空输电线的无线电干扰场强。 ，) n e = 3 5 9 一+ 1 2 r - 3 0 + 3 3 1 9 箐 ( 2 - 1 3 ) 上， 其中e 为高压交流架空输电线无线电干扰场强：r 为导线半径；d 表示被干扰点 距导线的距离；g m “表示导线表面最大电位梯度。 g 。= 毒卜叫封 倍 在上式中，r 表示通过导线中心的圆周直径，n 表示次导线跟数，d 表示次导线 直径，q 表示每根导线的等效总电荷。 高压输变电系统i u 磁环境分析及对安庆市影响的研究 2 3 高压输变电电磁环境技术指标分析 根据2 2 节内容，已经计算出高压输变电系统电磁辐射的各项技术指标：工 频e 、工频b 、无线电干扰水平。 根据国家标准h j t 2 4 1 9 9 8 5 0 0k v 超高压送变电工程电磁辐射环境影响评 价技术规范中所做的规定和国际辐射保护协会关于工频磁场的规定分别以4 k v m 和0 1m t 作为限值。根据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，晴好天气时，距边导线投影2 0m 距离处，频率为0 5m a z 、1 1 0 k v 高压线的无线电干扰低于4 6d b ；电压为2 2 0k v 时的无线电干扰不超过5 3d b 。 我们据此就可判断测量点的电磁辐射是否超标，其电磁辐射污染达到什么程度。 2 4 边界元法、f d t d 法和矩量法计算工频电磁场 随电力传输线路电压等级提升，特别达到特高压时，因导线分裂数的加大， 传统的电磁场分析方法模拟电荷法在精度上偏低。因此适宜选用边界元法来 分析线路周围的电磁环境。高压架空输电线路往往采用各种形式的分裂导线，对 于特高压架空输电线，为了降低导线表面电场强度，特高压输电线路多采用8 分裂乃至1 2 分裂导线，在此条件下模拟电荷法的计算精度已经不能够满足工程 设计的需要。在考虑避雷线与大地的影响下，导体数目有限而且导体之间距离较 大，为二维半开域场适合用边界元法求解。 边界元( b e m ) 是在综合f e m 有限元法和经典积分方程方法基础上发展起 来的，它把f e m 的离散技巧引入经典的边界积分方程方法中，通过一个满足场 方程的奇异函数基本解作为权函数，将区域积分转化为边界积分，并在边界 上进行离散处理。 矩量法是另一种常用的电磁场数值计算方法，在天线、微波技术和电磁波辐 射等方面有广泛的应用，计算电磁辐射时即计算高压传输线周围的电场强度，矩 量法在分析中不用考虑导线的横截面、架线高度。用这种方法可以精确地计算导 线表面的不均匀的电荷分布。如果架空高压线周围有通信线路，可以分析线路问 的容性耦合，估算高压输电线对通信线路的干扰。 时域有限差分( f d t d ) 是1 9 9 6 年y e e 首次提出的，后来这一方法得到迅速发 1 2 第二章高压输变i 乜系统l 【l 磁环境分析方法 展及广泛应用，对电磁场e 、h 分量在空间和时问上采取交替抽样的离散方式， 应用这种离散方式将含有时间变量的麦氏方程转化为一组差分方程，并在时间轴 上逐步推进地求解空间电磁场。 在电磁场数值计算中，除了上面介绍的时域有限差分法、模拟电荷法、边界 元法和矩量法外，还有许多其他方法，如有限元法、直线法、谱域法以及传输线 矩阵法等诸多方法，它们适用于不同的电磁问题。 苛展输变i u 系统电磁王1 ；境分析及对安庆市影响的研究 第三章高压输变电系统电磁环境的测量 3 1 高压输变电系统电磁辐射标准及限值 输变电工程中，高压电力线和高压设备设备带电运行时，周围就存在着交流 5 0 h z 的工频电磁场。而电磁辐射就是电磁场中能量以电磁波形式通过空问向四周 传播的能量流。高压输电线路和变电站中的电力设备在周围区域形成了较强的工 频电磁场。而在实际电磁环境污染的调查中发现，输变电工程中产生电磁环境问 题主要就是有高压输电线路和变电站中的高压电力设备所产生的电磁辐射。 3 1 1 高压输变电系统电磁辐射标准 高压变电站中带电设备和接地架构各式各样，又是纵横交错使得站内的工频 电场分布很复杂。 高压输电线周围区域会产生电场。输电线下方的电场强度是我们所关注的， 这个场强的大小和两个主要因素有关：( 1 ) 和导线的不同排列方式有关，( 2 ) 与 导线对地高度有关外【1 8 1 。在导线对地面高度相同条件下，输电线下方离地面l 米高的地方横向截面内的场强以水平排列方式为最大，正三角排列方式次之，导 线倒三角排列方式为最小【l9 1 。实际的高压输电线路，都是以这三种方式排列。 3 1 2 国内外电磁辐射及无线电干扰限值介绍 国外对电磁辐射的研究开展的比较早，关于电磁辐射对人体的影响研究已经 做过许多实验和调查，制定了很多的标准。国际组织非电离辐射委员会和世界卫 生组织( w h o ) 合作早在1 9 8 4 年就制订了非电离辐射防护标准。而且发达国家也 是很据这个标准来对工程中的电磁场辐射进行限值的。国际辐射防护协会非电离 1 4 第三章高压输变电系统电磁环境的测量 辐射委员会对频率5 0 6 0h z 的电磁场的辐射限值见表3 1 ； 表3 1频率为5 0 6 0 h z 电场的辐射限值对比 电场强度 职 受照对象磁场强度m t ( k w m ) 整工作日内 1 00 5 业 短时内 3 05 公 局限于四肢 2 5 2 4 h d 内 50 1 众 n h d 内 1 01 目前，许多国家各自制定了标准，之间有差异，不同国家容许电场强度限值 见表3 2 ； 表3 2各国输变电线路附近电场强度限值比较 国家 电场强度，( k v ，m )位置 1 5 捷克 1 0 跨越一、二级公路 1 线路走廊边缘 日本 3 人撑伞经过的地方 l 医院、住房及学校所 2 0 难于接近的地方 1 5 非公众活动的地方 俄罗斯 1 0 跨越公路处 5 公众活动的区域 1 有建筑物质区域 0 5 居民住宅区 8 美国：苏尼苏达州 7 跨越公路处 蒙大拿州 l 线路边缘居民住宅区 纽约州 1 1 跨越私人道路 新泽西州 1 l 北达科他州 7 跨越公路 俄勒冈州 l 线路走廊边缘 3 线路走廊边 8 9 人们易接近的区域 高坻输变电系统电磁环境分析及对安庆市影响的研究 国际辐射防护协会( i r e a ) 、美国政府工业卫生组织和世界卫生组织和在工频 频e m f 中作了非常严格的规定，躯体的不同暴露部位有着不同的暴露时问限值。 不同的组织制定的标准也有差异，以i r p a 最为严格和全面。 表3 3国家工业卫生组织对环境工频e m f 的限值比较 机构职业电场暴露限值公共电场暴露限值 组织 ( k v m ) 职业磁场暴露限值( i n t ) ( k v m ) i 眦 1 0 ( 全天) 3 0 ( 短时)0 5 ( 全天) ：2 5 ( 四肢) 、h o 1 - - 1 0 ( 长期) 1 一1 0 ( 艮期) 美国 2 51 国内工频电磁场限值：近些年来，中国国家环保总局也颁布了电磁辐射防 护规定等一些国家标准。根据国家电力总局青4 定的h j t 2 4 一1 9 9 8 5 0 0k v 超高 压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范摊荐，在一般工程实践中都是以 低于4 千伏每米作为居民区工频e 的上限限值，作为磁场强度的验收标准的是以 国际辐射保护协会公布的关于对公众全天辐射时的工频限值0 1m t 。 3 1 3 无线电干扰水平限值 根据g b t 7 3 4 9 2 0 0 2 高压架空送电线、变电站无线电干扰测量方法0 9 1 ， 变电站的无线电干扰测量地点选在地势平坦，远离建筑物和树木，没有其它电力 线和通信、广播线的地方，电磁环境场强比来自被测对象的无线电干扰场强至少 低6 d b ，在天气晴朗的条件下，为0 5 m h z 频率、1 1 0 k v 电压的无线电干扰不超 过4 6 d b ；电压为2 2 0 k v 时的无线电干扰不超过5 3 d b t 2 0 1 。 3 2 测量方案 根据实际研究需要，我们把整个测量工作分两个阶段完成，第一阶段，经过 实地考察，我们首先确定选择了三个典型测量区域，经过确定布点原则，选取目 前常用的测量仪器场强测试仪等对这三个测点分别扫描测量。第二阶段，尽可能 1 6 第三章高压输变电系统电磁环境的测量 多地在整个区域均匀地多布测点，这个阶段按道理最好能选用一些宽带、便携、 直读式的测量仪，因为测量范围广，必须使得测试工作较第一阶段大为简化。 3 2 1 测量区域 我们对安庆市1l o k v 以上的高压变电站和高压架空输电线路进行了实地考 察，最后选取安庆市长江大桥综合技术丌发区作为此次测量的典型区域。安庆大 桥综合丌发区区位优势得天独厚，位于安庆长江大桥北岸桥头一侧，北抵安庆 图3 1安庆长江大桥综合经济开发区概貌 火车客运站，距民航机场4 公里；南靠与市区紧密连接的大湖风景区，离长江港 口和外运码头仅4 公里；东靠2 0 6 国道和未来的火车过江线，西临沪蓉高速公路， 交通便捷作为安庆市改革开放的龙头和对外开放的窗口，开发区以”仿真的国际 投资环境、建设现代化新城区”为建区宗旨，保持了健康、快速的发展态势。随 着高新科技的发展，汽车零部件生产企业、生物医药、电子通讯等高科技企业分 类聚集，以新型精细化工产业和加工制造业为主导，有安庆大电厂、众多大型造 船基地、汽车零部件生产基地、高科技制药集团等大企业集群竞相发展。为满足 工业发展对电力的急切需求，安庆电力网建设发展迅速。在原来等级低的变电站 都纷纷改造扩容，提高电压等级，而且还兴建了许多新的变电站和输电设施，其 中很多输变电设施都己深入到开发区，其中就有肖坑、东郊、湖滨、神敦、南 1 l o k v 变电站，石树、小龙山等2 2 0 k v 变电站，有风关i 、i i 回、集贤关i 、i i 1 7 高k 输变电系统电磁环境分析及对安庆市影响的研究 回、徐家关i 、i i 回等1 2 条2 2 0 k v 高压架空输电线路，这么多线路一共总长1 0 0 多公里；这些线路和变电站的位置在安庆地区很普遍，应该具有很强的代表性。 为了得出的结论可以进行类似的推广。我们选择安庆长江大桥综合技术新城区来 作为测量的典型区域， 3 2 2 测点布置 图3 - 2 安庆长江大桥开发区电磁环境监测区域 本次根据1 9 9 8 年我们国家电力工业部f - i n 定的h j t2 4 1 9 9 8 5 0 0k v 超 高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范的规定来进行布点的。根据本 次研究需要对几个典型区域和一些环境敏感点进行布点。 2 1 1 首先选择了尚未开 发完全的人口稀少典型区域：望庆大道，其次选择了人口相对稠密区域：滨江花 园居民小区，最后选择了滨湖变电站门前区域。 第三章高压输变电系统电磁环境的测量 3 2 3 测量仪器 图3 3 实地测量工频e 在本文中，工频电磁场我们选用了工频场强仪h i 3 6 0 4 ，无线电干扰水平我 们采用了无线电干扰测试仪p m m 9 0 1 0 进行测量，这是国内目前常用的工频电磁 场的测量及无线电干扰水平的测量普遍采用的仪器，图片见表3 叫4 。 ( 1 ) p m m 9 0 1 0 ( 用于无线电干扰测量) 仪器编号：0 0 0 、e 5 0 3 2 0 频率响应：l o h z 1 3 0 0 m h z 检定单位：中国船舶工业武汉场强噪声计量测试检定站 证书编号：2 0 0 6 0 3 7 0 一 ( 2 ) h 1 3 6 0 4 场强测量仪( 用于工频电磁场测量) 生产厂家：美国h o l a d a y 公司仪器编号：4 5 8 8 6 频率响应：3 0 i - i z 一1 2 k h z 测量范围：电场1 v m - 1 9 9 k v m磁场1 0 n t 2 m t 检定单位：中国船舶工业武汉场强噪声计量测试检定站 证书编号：( 2 0 0 6 ) 输电字第3 0 5 5 号 1 9 苛j 卡输变i u 系统i 【l 磁 ：境分析及对