高压输电线路的电磁环境的研究

..XXXX大学硕士学位论文高压输电线路电磁环境的研究〔2013级__申请学位级别：专业：指导老师姓名及职位：TOC\o"1-3"\h\u15722摘要110926关键词125725一、绪论1254551.1电磁环境的研究背景及意义135601.2国内外研究情况1213111.2.1试验研究1176331.2.2计算方法研究1151601.2.3生态影响研究115161.3论文的主要内容及创新点1118621.3.1论文的主要内容198471.3.2论文的创新点12346二、高压架空输电线路下的电磁场1251502.1输电线路简化模型和电场限值1276892.2输电线路简化模型112572.3交流输电线路不同相许排列方式下的工频电场和磁感应强度1300352.3.1工频电场：165322.3.2电磁感应强度172492.4直流输电线路的合成电场158212.5工频磁场限值与计算实例分析127700三、高压输电线路的电磁环境1302193.1测量仪器1287973.2测量方法1218123.3实验结果159123.4不合理测量数据分析131940四、电磁环境的实验研究159924.1电磁环境实验研究现状1152184.2电晕笼实验1119404.3导线表面状况的影响1178054.3.1导线表面场强的计算1174164.3.2特高压交流线路交叉跨越区域电磁环境研究。12244.3.3.电磁环境问题的试验研究。1234704.4输电线路电磁环境优化措施1104184.4.1降低工频电场措施1135774.4.2降低工频磁场措施1211994.4.3降低电晕噪声和无线电干扰措施16739五、高压输电线路中电磁环境的参数的预测1260365.1、高压输电线路工频电场的预测2206015.2、导线对地高度的影响2208305.3、分裂导线根数的影响2213155.2、高压输电线路工频磁场的预测2100575.3、高压输电线路可听噪声的预测210181结论221405参考文献2摘要随着输电线路电压等级的不断提高,民众环保意识也在不断的提升,电力企业面对输电线路电磁环境影响方面的投诉越来越多,因高压输电线路建设和运行引发的电磁环境纠纷事件时常发生,已经影响到输电线路的安全建设和经济运行,同时也影响到电网公司的企业形象。因此,对高压输电线路周围电磁环境的研究具有非常重大的现实意义随着我国社会经济飞速的发展,各行各业对电力的需求日益增长。国家在全国范围内建设了一大批水电站、火电站和风电站,其中包括举世瞩目的三峡工程。随着各类电力项目的开发建设,电网的新建和优化改造工程也同时展开。由于输变电技术的提高,电网输送的容量在不断增大,输电线路长度在不断加长,输电线路电压等级也在不断提高。这对全国范围内电力资源的优化配置是有利的,但与此同时日益密集的电网引起了人们的广泛关注,尤其在东部沿海发达地区,一条输电线路的建设很可能会邻近甚至跨越民房、学校等敏感区域,从而形成了一种新型的污染形式——"电磁污染"。国家环保总局于1998年11月颁布了HJ/T24-1998<<500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》<以下简称《规范》>,加强了对输变电建设项目的环境监督管理。关键词高压输电线路电磁环境测量实验研究AbstractWiththetransmissionlinevoltagelevelunceasingenhancement,people'sawarenessofenvironmentalprotectionhasalsobeenimproved,thepowerenterprisesfaceofelectromagneticenvironmentoftransmissionlinehasanincreasingnumberofcomplaints,disputescausedbyelectromagneticenvironmentofhighvoltagetransmissionlineconstructionandoperationoffrequent,hasaffectedthesafetyoftransmissionlinesconstructionandeconomicoperation,butalsoaffecttothePowerGridCorp'scorporateimage.Therefore,itissignificanttoresearchontheelectromagneticenvironmentofhighvoltagetransmissionline.Withthedevelopmentofrapidsocialandeconomicofourcountry,allwalksoflifegrowingdemandforelectricity.Thenationalconstructionofalargenumberofpowerstations,windpowerandhydropowerstationsnationwide,includingtheThreeGorgesproject.Withallkindsofelectricpowerdevelopmentandconstructionprojects,powergridconstructionandretrofitprojectalsolaunched.Becausethepowertransmissiontechnology,networktransmissioncapacityincreasing,thelengthofthetransmissionlineinthecontinuousextension,voltageleveloftransmissionlineisalsorising.Theelectricpowerresourcesnationwideconfigurationoptimizationisfavorable,butatthesametimeincreasinglydensegridhasarousedwideconcern,especiallyintheeasterncoastaldevelopedarea,theconstructionofatransmissionlineislikelytoneighboringhouses,evenacrosstheschoolandothersensitiveareas,soastoformanewformofpollution--"electromagneticpollution".StateEnvironmentalProtectionAdministrationpromulgatedin1998November<HJ/T24-1998<500kVEHVpowertransmissionandtransformationprojectelectromagneticradiationenvironmentalimpactassessmentoftechnicalspecifications"<hereinafterreferredtoasthe"standard">,strengthenthesupervisionandmanagementoftheenvironmentontheconstructionofpowertransmissionandtransformationproject.KeyhighvoltagetransmissionlineElectromagneticenvironmentMeasurementTheexperimentalstudy一、绪论1.1电磁环境的研究背景及意义针对上个世纪六七十年代电力需求的增长,国外在超高压输电的基础上研究高压输电。特高压输电的优势在于能够有效地节省单位输送功率条件下线路走廊、减小输电损耗、有效改善网络结构、实现资源优化配置。据统计,20XX全国用电量是1987年的7．08倍,期间用电量年平均增长8．88％,2000,2用电量年平均增长12％,估计到2020年仍将保持较快增长,在5,6％左右,时全国装机容量将达到l100～1200GW。但是我国能源和负荷地理分布极不均衡,水力资源的68％左右分布在西南地区,煤炭资源的76％左右分布在华北、西北地区,而用电负荷的70％左右则主要集中在东部沿海附近[1]。这就决定了我国要解决本世纪上半叶的电力供应问题,就必须在大力开发水电和火电的同时建设全国能源传输通道。将煤炭基地的能源直接转化为清洁的电能,采用长距离特高压输电方式输往各地,可以有效避免长距离分散运输煤炭,减小交通运输压力。但是与500kV线路相比,特高压输电线路电压高、电流大、导线大<截面大、多分裂>,铁塔高、线路走廊宽,其电磁环境影响区域较500kV线路大,必须进行研究,并采取措施加以限制。在交流1000kV特高压输电工程论证初期就提出了特高压输电的三项关键技术[],其中两项涉及电磁环境,即特高压电晕和电磁场及其影响。高电场产生的感应电荷、暂态电击等现象是线路附近居民重点关注的问题：较高磁场可能带来的线路下方生态安全问题和环境问题是公众关心的敏感问题；电晕放电产生的无线电干扰对附近区域无线通讯的影响程度、人耳对电晕噪声的直观感受都直接影响公众对特高压输电工程的认同程度。作为环境评价和验收的重要指标,交流输电线路电磁环境包括的工频电场、工频磁场、无线电干扰和可听噪声等特征参数,直流线路包括的直流合成场、离子流、直流磁场、无线电干扰和可听噪声等特征参数都需要在设计时就予以充分考虑。从频率上来说,电磁环境问题覆盖了直流、低频<50Hz>到高频<100MHz以上>范围。从工程设计来说,特高压输电的电磁环境限值决定输电铁塔的高度、线路走廊的宽度和输电导线尺寸等直接影响建设成本的问题。从对人们的生活环境和质量来说,电场、磁场、无线电干扰和可听噪声都可能对周围生活的居民产生影响。因此,特高压输电线路电磁环境的研究是十分必要和重要的1.2国内外研究情况高压输电线路的电磁环境的研究主要从一下的几个方面进行：实验研究、计算方法研究、生态影响研究、限值的制定。1.2.1试验研究试验研特高压交流输电线路电磁环境问题主要包括四个方面内容：工频电场、工频磁场、无线电干扰和可听噪声。线路产生的无线电干扰和可听噪声的机理相对工频电磁场复杂,为获得更精确的预测公式,各国针对无线电干扰和可听噪声进行了大量的试验研究。试验研究主要测量手段包括电晕笼试验和试验线段试验。从20世纪60年代后期开始,美国、前苏联、加拿大、法国、日本等国相继建立试验线段,开展超高压和特高压输电线路无线电干扰和可听噪声试验研究工作。架设试验线段进行研究的优势在于可以全天候长时间测量无线电干扰和可听噪声的统计值,获得各气象条件下两者的空间传播特性。但是由于气候环境等条件无法人为控制,这种试验方法获得的测量数据易受周围试验环境干扰,存在导线更换困难和工期长等缺点。比较而言,电晕笼试验具有设备投资较小、结构调整方便,试验条件可控,试验测量方便,周期较短等优点,因此是试验研究的重要手段。目前,已有美国、日本、加拿大、法国、韩国等国家建成多个电晕笼开展可听噪声、无线电干扰的精确试验研究。根据研究成果,各国提出了无线电干扰和可听噪声的预测公式。由电晕笼试验推导预测公式的方法称为分析法,该方法通过单相单根或单相多根导线大雨条件下的电晕笼试验获得激发函数,然后分析试验数据总结无线电干扰预测公式。这种方法获得的激发函数是在大雨条件下得到的试验数据,因此预测公式适用于大雨条件。影响比较大的主要是法国电力科学研究院<EDF>,美国电力科学研究院<EPRI>[30,311和加拿大魁北克研究院<IREQ>1321的预测公式。是试验法,即通过分析输电线路的长期观测数据提出预测公式。含线路参数和环境变量的影响,将部分包含线路和环境参数的数据分离出来可以获得特定线路参数和环境变量条件下的电晕产生量,进而获得各种气候条件下的预测公式。美国邦德维尔电力局<BPA>,就是通过对1200kV试验线路长期观测,获得无线电干扰和可听噪声的实测数据,归纳总结获得计算公式1.2.2计算方法研究对交流线路来说,适用于工频电场和工频磁场的数学模型和计算方法很多。根据对工程问题的简化程度不同,数学模型通常可以分为二维空间模型和三维空间模型。三维模型能够模拟输电线路三维空间范围内的电磁场分布,而二维模型仅考虑计算平面内电磁场分布情况。由于原理简单,目前工程常采用二维空间模型。假设条件如下：①工频交变电磁场为准静态场；②输电线路为无限长直导线：③取导线横截面为研究平面：④将分裂导线简化为单导线；⑤大地取零电位,避雷线可不考虑。线路计算模型：常见的计算方法有有限差分法、有限元法、等效电荷法及矩量法等。有限差分法在1892年就开始应用于力学问题,只是在计算机技术发展后,才使它在工程上得到广泛应用。目前,差分法是计算电场微分方程的一种重要的数值方法,当被分析对象结构复杂,解析方法无法得到结果时,通常会考虑采用差分方法。其基本做法是将微分方程的定解区域用直线划分为若干网格,在网格的网点处用差商代替偏导数得出差分方程,再解得差分方程,以所得解作为微分方程的数值解。有限元法是一种求解微分方程的系统化数值计算方法,随着计算机技术的发展,这一方法己推广应用到结构力学、流体力学、传热学等很多技术和科学领域。20世纪60年代被应用于电磁场问题,现在已成为电磁场问题求数值解的主要方法之一。该方法是以变分原理为基础,吸取差分格式思想而发展起来的一种数值网格节点的电位关系式；而有限元法则着眼于场域的各个部分<有限元>,并把这些单元的特性<电场计算中指电位>假设为简单的关系式,最终整个场域的位能将由各点电位表示出来,而按照使位能最小的原则来定出各点的电位。差分法和有限元法的根本区别在于联立空间电位的一次方程式的过程。有限元法的程序和输入数据都比差分法复杂。比较简单的电场<如单一介质,边界也不复杂>,不用差分法而用有限元法可以说没有什么优越性。但是由于有限元法具有在场域分割自由、边界处理容易、计算方法灵活等优点,近年来有限元法的应用不断增加。模拟电荷法是基于电磁场的唯一性定理,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予以等值替代,这样,应用叠加原理,将离散的模拟电荷在空间所产生的场量叠加,即得原连续分布电荷所产生的空间电场分布。静态电场的数学模型可归结为以电位函数为待求量的泊松方程或拉普拉斯方程的定解问题,但在实际工程问题中,电极<导体>表上连续分布的自由电荷以及介质分界面上连续分布的束缚电荷,其分布情况往往是未知的,不能直接由给定的边界条件解出。若在计算场域之外设置n个被称为模拟电荷的离散电荷来等效替代这些待求的连续分布电荷,则依据等值替代前后边界条件不变的前提条件,即可求得各模拟电荷的量值,从而使场域内任意一点的电位与场强便可由各模拟电荷所产生的场量<甜,E>叠加而获得,以此作为原场的逼近解,这就是模拟电荷法的基本思想。矩量法是近年来在天线、微波技术和电磁波发射等方面广泛应用的一种方法。从这些实际工程问题涉及开域、激励源分布形态较为复杂等特征出发,矩量法是将待求的积分方程问题转化为一个矩阵方程问题,借助于计算机,求得其数值解,从而在所得激励源分布的数值解基础上,即可算出辐射场的分布及其阻抗等特性参数。矩量法的处理过程可以采用加权余量法或定义泛函内积等方法展开。各方法优劣问题目前尚无定论,选择哪种方法计算电场完全取决于分析的具体问题<例如是计算导线的表面电场还是远距离的线下电场>、研究者的经验、编程技巧、采用计算软件以及计算机的存储能力等具体因素。1.2.3生态影响研究针对特高压输电可能产生的生态影响,国外学者做了大量研究。<1>工频电场和工频磁场工频电场和磁场对生态的影响分为短期影响和长期影响。短期影响主要是人和动物在电场和磁场中的直接感受,其中包括暂态电击和稳态电击。长期影响主要是人和动植物长期在电场和磁场中所受的生理或生物学影响。上世纪六十年代中期,公众开始关注曝露在极低频率电磁场下对人体健康造成的影响。世界卫生组织将极低频定为30—300Hz,工频包括其中。1972年,苏联首先报告了超高压变电站电场反应对工人身体的影响,此后世界各国对此进行了大量的试验研究。研究前期主要关注居住地区和职业环境中的电场对健康影响。到七十年代后期,将重点转到了工频磁场生态影响上,开展的试验和调查研究主要包括：病因学研究和对人体试验研究。近几年,IEEE和世界卫生组织分别对工频电场和磁场的生态影响研究进行过总结。20XXIEEE公布的标准C95．6<IEEEStandardforSafetyLevelwithRespecttoHumanExposuretoElectromagneticField,0-3kHz>>在综合分析各国研究结果的基础上指出：与地绝缘良好的人触摸接地导体时,当电场强度为5kV／m时,约7％能感觉到静电放电所引起的疼痛感；当电场强度为20kV／m时,放电容易引起疼痛感；当电场强度为5～lOkV／m时,如果无防护措施,放电可能引起疼痛感。即使在输电线下出现暂态电击,也只类似人在地板上行走摩擦积累电荷后再碰接地金属体放电一样,只会引起一种稍不舒服的感觉,不会对人造成伤害。该标准认为没有必要制定由于这种暂态电击引起不舒服的防护标准。世界卫生组织通过对国际EMF项目及其它著名机构研究结果的分析,在1998年11月发表第205号文,总结极低频电磁场对健康所造成的影响：极低频电磁场与生物组织互相感应后的唯一实质影响,是产生感应于体内的电场及电流,但是,因受到我们周围环境一般存在的极低频电磁场的照射而感应的电流数值,其实较我们体内自然产生的电流数值为低。现有证据显示,人体暴露在强度达20kV／m的电场,除了身体表面会感应电荷的刺激外,对身体构成的影响只属轻微,而且无害。至今仍未有资料显示,逾100kV／m的电场强度会对动物的繁殖或发展造成影响。只有极少经确定的实验证据指住宅或环境中的极低频磁场会影响人体生理及行为。在一些由自愿人士接受暴露在数小时强度达5mT的极低频磁场的I隘床及生理测试结果显示其影响甚微<包括血液变化、心电、心跳率、血压和体温>。有些研究员报导,暴露在极低频电磁场可压抑抗黑色素激素<一种控制人体日夜周期的荷尔蒙>分泌。由于有人指称抗黑色素激素可防止乳癌,故抑压抗黑色素激素可能会令诱发乳癌的机会增加。现时已有一些证据显示在有关的动物实验中抗黑色素激素会受到影响：至于由自愿人士协助进行的研究,则仍未确定人体抗黑色素激素会否受到类似的影响。现时仍未有令人信服的证据显示极低频电磁场会直接破坏生物分子,包括脱氧核糖核酸<DNA>,故不大可能会引起癌变,但这方面的研究仍继续进行,以确定暴露在极低频电磁场会否对促进癌细胞的增长或与其它因子共同促进癌细胞的增长构成影响。最新的动物研究并无发现证据证明暴露在极低频电磁场中会引致癌症。1.2.4限值的制定工频电场如下是一些国家的输电线路附近的电磁强度和相关的电磁强度的限制：国家线路电压〔KV线下最大地面电场强度〔KV/M意大利电力公司〔ENEL40010--12法国电力公司〔EDF40010英国中央电力局〔CEGB40010联邦德国4005--10瑞典电力局〔SSPB40010美国纽约州电力局〔PASNY76512美国联邦威尔电力局〔BPA5009美国电力公司〔AEP76512日本各电力公司5003国家电场强度限值〔KV/M位置依据捷克15一二级公路走廊边沿101日本3人撑伞经过的地方A丹麦10农业区A、C5交通繁忙处A、C波兰10医院、住房、学校所在地1工频磁场目前多数国家尚未提出工频磁场限值标准,只有少数几个国家制定磁场照射的限值。1998年4月国际非电离辐射防护委员会<ICNIRP>正式提出了《制时变电场、磁场和电磁场<300GHz以下>暴露的原则》德国和澳大利亚的工频磁场限值参照ICNIRP标准,详细规定见下表。日本、意大利、前苏联等根据自身情况制定了工频磁场暴露限值及相关暴露时间。ICNIRP关于工频磁场的基本限值和参考水平：暴露特征基本限值磁场密度〔uT参照水平50HZ60HZ职业人员10500417一般民众210083无线电干扰由于各国国情不同,输电线路的无线电干扰限值没有统一的国际标准。国际无线电干扰特别委员会<CISPR>CISPR-18出版物只建议了限值的定制定限值的原则。无线电干扰限值的含义是：一年之中80％时间不超过的干扰水平,且具有80％的置信度,即双80％原则。前苏联、日本、加拿大、波兰等国家根据各国输电线路的参数和对走廊的定义制定了相应的国家标准,其中有的限值不分电压等级,有的则规定了不同电压和限值参考距离下的统一限值。无限电干扰值：电压〔KV110220--330500限值〔dB/uV/m465355无限电干扰限值的参考距离：我国现有国家标准GBl5707．1995《高压交流架空送电线无线电干扰限值》我国环境保护标准,即HJ／T24．<500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》引用了500kV的55dBgV／m为评价标准,并规定以晴天为测量条件。虽然两个标准都不是针对直流输电线路,但近年来,我国的几条+500kV直流线路的环境评价,无线电干扰评价标准就是参照500kV交流线路的55dBgV／m,参考距离为极导线投影20m处的1999《高压架空送电线路无线电干扰计算方法》推荐了对于双极直流送电线路无线电噪声场强的计算方法,该方法实际上是引用世界卫生组织的"公共噪声导则"是根据对噪声进行了科学研究而提出的噪声标准。1999年颁布的导则要求在白天不使人烦躁的情况下不超过50dB<A>,夜间睡眠则不应超过45dB<A>。交流输电线路的可听噪声限值一般取50～55·dB<A>。我国输电线路所经过区域的可听噪声应参照国家标准GB3096--2008《声环境质量标准》执行。对于直流输电线路,也可按照电力行业标准DL／T436—2005《高压直流架空送电线路技术导则》中的规定设计,即在线路档距中央距正极性导线投影外侧20In处,由线路电晕产生的可听噪声应不大于50dB<A>。1.3论文的主要内容及创新点1.3.1论文的主要内容本文将从高压输电的电磁环境的试验、数据、模型、测量等不同的方面进行研究。对各种不同的高压的输电线路的周围的电磁环境进行必要的数据分析、试验、测量等。将结合理论知识深入的分析,以期望达到对高压输电线路周围的电磁环境有一个去全面、细致、深入的了解。并对试验的结果进行分析和研究。得出一定的实验模型和结论。1.3.2论文的创新点论文的创新点主要体现在通过试验来模拟高压输电线路的各种特性和表现。大量的计算和实际实例的加入也是本课题的一大创新点。将理论的特性通过一定的试验模型来表现。使得结论更加的合情合理。更加的具有说服力。从电和磁的两个不同的角度来考虑问题,以期望彻底的对高压输电线路周围的电磁环境有一个深入的了解。二、高压架空输电线路下的电磁场2.1输电线路简化模型和电场限值各个国家国情和管理程序不一样,对于电场限值的建议或实施规程也不尽相同。国际非电离辐射防护委员会<ICNIRP>1998年4月正式提出了《限制时变电场、磁场和电磁场<300MHz以下>暴露的导则》[19]。该导则关于工频电场限值：50Hz,对职业人员为10kV/m；对一般民众为5kV/m。我国环境保护行业标准HJ/T24-1998《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》规定：暂以4kV/m作为居民区工频电场评价标准[21]。DL/T5092-1999《110~500kV架空送电线路设计技术规程》16.0.5条规定：500kV输电线路邻近民房所在位置,离地lm处最大电场不得超过4kV/m。公众易接近的地方,线路跨越公路时,不超过7kV/m；跨越农田时,不超过10kV/m[22]。对直流线路,国家电网公司企业标准Q/GDW145-2006《±800kV直流架空输电线路电磁环境控制值》规定线下地面合成电场强度不超过30kV/m；民房所在地面合成电场强度,不超过15kV/m[23]2.2输电线路简化模型为了便于计算和编程,对高压输电线路做些简化和处理：1、将工频交变电磁场视为准静态场[5]准静态下的源和场都是时间和空间的函数,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。高压输电线路附近的场域是无界的,介质由单一空气介质组成,对于工频交变电场,频率50Hz,其波长远大于所研究空间的几何尺寸,故可视为准静态场。2、地线对于地面附近场强的影响很小,研究表明,没有地线时较有地线时的场强增加约1%～2%,所以可以忽略地线,简化计算模型[21]。如果考虑地线的影响,则认为它良好接地,电位为零。将电位系数矩阵增加两阶,同导线的计算方法一样,用单位长度的等效电荷来考虑地线的影响。3、分裂导线的处理实际的超、特高压输电线路导线为分裂导线,分裂数2~10不等。计算时,将导线简化为无限长、光滑、圆柱形导体,使用等效半径。若地线也是分裂导线,则采用相同的方法。4、电压、电流的处理不考虑线路电压降,认为导线电压是确定的,忽略杆塔、横担、周围邻近物体的影响。导线电压、电流为三相对称正弦函数,相角依次相差120°。用有效值相量表示,将其写成复数形式,则相电压、电流可表示成〔U、I为电压、电流有效值：2.3交流输电线路不同相许排列方式下的工频电场和磁感应强度2.3.1工频电场：输电线路下一般的工频电场算法采用的是等效电荷法。计算单位长度导线上的电荷计算由这电荷产生的电场较其他方法如有效元法、模拟电荷发等。此方法是解析计算,变成容易。计算时可提高计算机内存,提高计算速度。<1>模拟电荷法模拟电荷法于1969年由H．Steinbigle提出,它和电气工程高电压技术发展的实要相结合,是目前静电场数值计算的主要方法之一。模拟电荷法基于电场的唯一性定理,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,应用叠加原理将离散的模拟电荷在空间所产生的场量叠加,即得原连续分布电荷所产生的空间电场分布。从数学的观点来看,模拟电荷法属于等效源的方法,以等效原理为基础,在静态场或准静态场中应用广泛。由于模拟电荷法自身的特点,也特别适合求解开域问题。<2>有限差分法在电磁场数值计算方法中,有限差分法是应用最早的一种方法。本世纪五十年代以来,有限差分法以其概念清晰、方法简单、直观等特点,在电场数值分析领域内得到了广泛的应用。随着计算机技术的发展,其应用领域由线性场扩展到非线性场,由静态场扩展到时变场。为求解由偏微分方程定解问题所构造的数学模型,有限差分法的基本思想是利用网格线将定解区域离散化为网格离散节点的集合,然后,基于差分原理的应用,以各离散点上函数的差商近似替代该点的偏导数。这样,待求的偏微分方程定解问题可转化为一组相应差分方程的问题。根据差分方程组,解出各离散点上的函数值,即为所求定解问题的离散解,再应用插值方法便可由离散解得到定解问题在整个场域上的近似解。<3>有限元法．有限元思想最早由Courant于1943年提出,上世纪五十年代初期,因工程分析的需要,有限元法在复杂的航空结构分析中最先得到应用。1965年Winslow首先将有限元应用于电气工程问题,1969年Silvester将有限元法推广应用于时谐电磁场问题电位系数计算图工作组的推荐方法计算高压输电线下空间工频磁场。等效半径计算示意图电场的强度：工频电场计算程序流程图架空输电线路的工频电磁场,虽随时间变化<工频>,但变化很缓慢,此时可以忽略电磁感应作用,或者说输电线路产生的时变电磁场中各处感应电场远小于库仑电场,即输电线路的工频电磁场属于准静态电磁场。因为输电线路工频交变电场是～种准静态场,所以它的一些效应可以用静电场的一般概念来分析,即输电线路的工频电场都是由电荷产生的,电荷分布在架空导线的表面,电场是在某一距离上电荷效应的～种表现,这～效应遵守库仑定律。空间任意一点的电场可以用一个力表示,它的大小和方向与单位正电荷在该点受的力相同。2.3.2电磁感应强度由于工频情况下电磁性能的准静态性质,线路下方的磁场仅由电流产生。导线中流过三相对称正弦电流,相角依次相差120°,把安培定律应用于载流导线,并将计算结果进行矢量迭加,可求出导线周围的磁感应强度。和电场强度计算不同的是关于镜像导线的考虑,与导线所处高度相比这些镜像导线位于地下很深的距离d。2.4直流输电线路的合成电场总的来说,计算方法可大致分为三类： 1、半经验公式法；2、有限元法；3、Deutsch假设法。半经验公式法,是在1：1试验线段下经过长期、反复的测试工作,并结合理论分析得到的。它对导线布置有一定的限制,只对一些导线结构、布置与试验线路相似的直流线路具有较高的准确性和可靠性。从程序应用的角度而言,由于其中的大部分系数都是试验曲线,因此无法进行有效的程序计算,大区域的曲线拟合也会带来较大的误差。有限元法计算适应性较强。采用该方法编制的计算程序具有有限元法本身所固有的非线性处理和不规则边界处理的特点。还可对有风的离子流场进行计算。此方法在求解过程中,需要对成千上万个点进行反复的迭代计算。不足之处是,计算时间要长一些,程序编制复杂,需要很大的工作量。Deutsch假设法,将二维问题简化为一维来考虑,简便有效。一般的HVDC输电线路都可通过简化用这种方法进行计算分析。不足之处是,不能对有风的离子流场进行计算,假设多,计算会产生一定的误差。从程序编制而言,采用Deutsch假设的计算方法是比较适合的,因为其主要采用解析计算,程序编制简单,同时易于校正。如前所述,该方法在实际线路设计中会带来一定的误差,需要在现有方法的基础上进行改进。2.5工频磁场限值与计算实例分析ICNIRP导则,50HZ,对职业人员,500uT;对一般民众,100uT,IEEEC95.6,50HZ受控去磁场为2710uT<头部和躯体>75800uT<四肢>。50HZ公众磁场为904uT〔头部和躯体、75800uT〔四肢。无论是超高压还是特高压输电线路,其工频磁场水平都远不会超过ICNIRP导则给出的限制值0.1mT,各国的限制如下图标准磁感应强度〔uT职业公众ICNIRP50HZ50010060HZ416.683.3美国政府工业卫生联合会〔ACGIH1998,60HZ1000\欧洲标准化研究会CENELC〔199560HZ1333533英国NRPB<1993>50HZ1600160060HZ13331333澳大利亚NH&MRC<1898>50HZ500100前苏联〔197550HZ1760\日本产业卫生学会标准〔200250HZ1000\德国〔198950HZ500100500kV-220kV的混合架设Ⅰ在地面1.5m处电场的分布情况较混合架设Ⅱ的电场分布情况要优势得多,不仅在走廊宽度上要求较小,而且不管在哪种方式的比较下,地面电场均比混合架设Ⅱ要小,且相比于标准,裕度较大。但混合架设Ⅰ的造价要比混合架设Ⅱ的造价高,且混合架设Ⅰ的架设太高,容易引起雷击而造成线路跳闸事故,因此,应综合考虑混合架设的方式。同样,图4-12和图4-13为220kV-110kV混合架设方式Ⅰ和方式Ⅱ下,地面1.5m处电场分布情况,设混合架设下相导线对地10m。由图中可知,混合架设方式Ⅰ下,第五种导线排列方式下地面1.5m电场分布最大,最大值为1.58kV/m,而在第四种方式导线排列下地面1.5m电场分布最小,均在0.8kV/m下。而对于混合架设方式Ⅱ下,第一种排列方式,地面电场最大,其他几种排列方式相当,但均在0.8kV/m～1.25kV/m以内。根据图4-12和图4-13的计算结果,220kV-110kV的混合架设Ⅰ在地面1.5m处电场的分布情况与混合架设Ⅱ的电场分布情况相差不大,但混合架设Ⅰ在走廊宽度上要求较小,且相比于标准,电场裕度较大。混合架设Ⅱ中除第一种方式排列外,其它方式均也较优。但相比较而言,混合架设Ⅰ的架设太高,容易引起雷击而造成线路跳闸事故,因此,应综合考虑混合架设的方式。三、高压输电线路的电磁环境3.1测量仪器目前对于输电线路电磁场的测量基本采用的是PMM8053B型电磁场测量系统,该系统是目前世界上唯一能实现高频和低频统一的通用型便携式电磁场测量系统,其主要配置如下图这套系统包括以下设备：PMM8053B主机,EHP．50B工频探头,1长的光纤通讯线,三脚架以及辅助设备。图3-1PMM公司的8053B型电磁场测量系统Fig．3-lPMM8053Bmeasurementsystem图3-1PMM公司的8053B型电磁场测量系统Fig．3-lPMM8053Bmeasurementsystem<1>PMM8053B主机PMM8053B主机可以选择多种无方向性探头,同时具有频率选择功能,选择测量频率覆盖5Hz．40GHz超宽频带范围,满足各国国家标准的要求,为使用者提供了更为人性化的操作界面,如图3-2所示,用户可根据实际测量情况对测量数据进行智能化管理。PMM8053B主机可同时对16个点进行测量,且具有RMS平均,算术平均,空间平均三种平均模式可以选择,使用户的测量工作更加方便和准确。2l高压输电tl醴i-Jl围电磁环境的研究图3-2PMM8053B主机Fig．3-2ThemainengineofPMM8053B<2>EHP．50B工频探头EHP-50B工频探头是用于工频电磁场全向同性测量的分析型探头,为工频电磁场测量提供了科学可靠的测量方案和措施,如图3．3所示。电场的测量范围从V／m到kV／m,磁场的测量范围从nT到mT,频率范围从5Hz到100kHz。该探头属于三维探头,可以同时测出场域内任意点三个相互垂直方向<x,y,z>的电场、磁感应强度分量和最大值,且探头带有E2PROM校准数据功能,可对测量的数据进一步校准,使测量工作趋于完美。其主要特点：1．EHP-50B探头可在同一个探头全方位的测量电磁场,给工频电磁场的测量工作提供了极大的便利,同时解决了工频电磁场测量点要求一致的问题。2．EHP．50B探头具有完善的频谱分析功能,使用户能准确分辨辐射源频率,解决谐波干扰等相关问题。3．EHP．50B探头具有存储频谱图的功能,并可传送到计算机进行计算分析,便于用户做出准确科学的测量报告。4．EHP．50B探头具有独立不问断监测的功能。电线路周围电磁环境的研究图3-3EHP一50B工频探头Fig．3—3EHP-50Blequencyprobe图3-33．1．2意大利PMM公司的9010型无线电干扰测量系统图3-4<1>无线电干扰测量系统简介PMM9010是意大利PMM公司推出的第一台数字式电磁兼容和干扰测试接收分析仪,如图3-4所示。精巧的外型,便携式的结构设计,配以"人性化,易操作"的操作系统,使设备的操作方便快捷,测量结果精确。主要功能菜单有：频谱分析Analyzer功能菜单、扫频Sweep功能菜单、手动测量Manual功能菜单、设置Setup功能菜单和面调整Panel功能菜单。<2>操作说明示意图第一步：仪器校准。在主菜单上按设置<setup>对应的按钮,仪器自动进入显示、自动校准、单位和RF输出四个子菜单,按下与自动校准<Autocal>相对应的按钮,仪器自动进入校准状态,该校准过程大概需要2min的时间,自动校准完毕以后,仪器屏幕上会自动显示校准完毕的相关信息。按Esc键退出,进入主菜单界面。用户在显示<Display>选项下,可调节屏幕的比度,亮度和背景颜色等显示效果；高压输电线路周围电磁环境的研究,用户在单位<Unit>选项下,可进行单位的选择,仪器预设的单位是：dB；用户在频率输出<RFore>选项下,主机可以作为信号发生器,进行信号干扰实验,环保监测单位不需要使用该项功能菜单。第二步：选择准峰值<QPk>显示。在主菜单中,通过选择手动测量<Man吼1>对应的按钮,显示屏幕上就会出现频率设置、大小、分辨率带宽和时间保持四个子菜单：进行无线电干扰测量时,仪器会自动按照《无线电干扰和抗扰度测量设备和方法》<Cispr-16>规范进行测量,用户进入子菜单后,选择分辨率宽带<RBW>对应的按钮会出现下列子菜单：在进行无线电干扰测量时需要记录准峰值,用户必须选择AutoCispr对应的按钮,仪器会自动选择按照Cispr-16规范进行测量,测量时会自动显示准峰值CQPk>。第三步：选择频率。在手动测量<Mual>菜单项下,选择频率设置<Frcq>对应的按钮,会出现下列频率输入、旋钮调节和箭头按钮调节菜单：高压输电线路周围电磁环境的研究。用户在频率输入<Tune>选项下,可直接输入需要测量的频率；用户在旋钮调节<Knob>选项下,可直接输入数值或扭动旋钮改变到相应数值,一般选择50kHz；用户在微调<Arrow>选项下,可直接输入微调频率时的数值,一般选择IKHz；用户在使用中可利用旋钮进行大范围频率的调节,利用箭头按键进行微调<避免在测量中信号干扰>。第四步：选择显示反应时间。在手动测量<Manual>菜单选项下,选择保持时间<HoldTime>对应的按钮,设置数值变化的时间,因为仪器预设的数值变化时间是1．9ms,用户在测量中是无法记录测量数值,因此用户可根据需要增大变化时间,一般选择1000ms。第五步：选择自动衰减。用户在主菜单中进入频谱分析<Analyzer>功能菜3.2测量方法《高压交流架空送电线路、变电站工频电场和磁场测量方法》标准中,规定了高压输电线路工频电磁场的测量方法,并对测量仪器提出了要求。结合自己的实际测量经验总结出测量时应注意以下五点：<1>高压输电线路工频电磁场的测量必须使用专业的测量仪器,如美国的HI．3604低频场强测量仪和意大利的PMM5083B电磁辐射测量系统。测量的探头通常用配套的三脚架架设在离地面lm至2m高的位置,一般选择1．5m,同时线路下方不能有建筑物和植物,地面要尽量的平整,不能离铁塔太近,一般选择输电线路的中间档距位置测量。<2>为避免通过探头的三脚架泄漏电流,测量时的环境湿度不能超过80％,严禁在下雨天进行测量。进行测量电场强度时,测量工作人员离探头的距离不能太近,否则就会在测量点产生较大的电场畸变,导致测量值出现误差,所以测量人员应该离开仪器的探头足够远,一般情况至少要2．5m。进行磁感应强度测量引起磁场畸变或测量误差的可能性比较小,可忽略电介质和非磁性导体的影响。<3>测量点应选择在具有代表性的典型档距,导线档距中央弧垂最低位置的横截面方向上,监测地面要求相对平整,没有大坑,没有水田,没有湖泊,不选择在斜坡上测量,地表植被最好不高于20cm。<4>单回高压输电线路应以中间档距最低弧垂位置对地投影点作为测量原点进行测量；双回高压输电线路应以中间档距弧垂最低位置连线中点的对地投影点作为测量原点进行测量：由于输电线路近地面工频电磁场大小关于线路的中心位置对称分布,因此测量点只需要在线路一侧的横截面方向上均匀布点测量。高压输电线路周围电磁环境的研究<5>一般均匀布点的水平距离到离边导线对地投影水平距离50m为止,如果受实地测量条件的限值,也可以取其他水平距离,但是一般选取的最小水平距离要满足电场强度值出现衰减趋势的情况,测量时两相邻测点的距离可以根据实际需要任意选取,一般最好选取2m。必须按布点顺序测量工频电磁场强度的大小,做到每测一点做好相关记录。无线电干扰的测量方法《高压交流架空送电线路、变电站无线电干扰测量方法》规范中,规定了适用于高压输电线路产生的无线电干扰场强的测量方法,并对测量仪器提出了要求。结合自己的实际测量经验总结出测量时应注意以下五点：<1>高压输电线路无线电干扰的测量必须使用专业的测量仪器,如意大利的PMM9010无线电干扰测量系统。充电时应先接通主电源,然后再连接直流插头和主插孔．充电时间约为9小时。有源天线的连接应在主机和天线都关机情况下进行。<2>测量点应该选择在地势相对平整,周围没有建筑物和树木,没有其他有线通信、电力线、广播线和通讯基站的地方。<3>应选在高压输电线路档距中央附近,距离线终端变电站10km以上。<4>高压输电线路无线电干扰由于电晕放电会产生一定的频谱特性,推荐0．5MHz或者1MHz作为无线电干扰的参考测量频率。<5>测量点应取在距离边导线水平距离20m处。3.3实验结果经过半年多时间对的l10kV、220kV和500kV输电线路不同排列方式及相间距离的工频电场、磁场及无线电干扰水平的实地测量,通过对大量的实际监测数据的分析,总结和归纳了高压输电线路电磁环境的特性和分布规律,由于测量的线路比较多,文章篇幅有限,全部线路的监测数据在这里就不一一列举,本文列举了广西五个地域的电磁环境本底值和不同电压等级的三条典型高压输电线路电磁环境的测量数据。电磁环境本底值电磁场是自然界中存在的一种最普遍的客观物质,来源分为自然和人工两大类。我们生活的地球本身就是一个巨大的磁体,地理南极就是磁体的北极,地理北极就是磁体的南极。同时雷、电和太阳光等现象都是自然界的电磁现象,所以人类无时无刻都处在电磁场的包围中,与人类赖以生存的环境密切相关。所以,天然的电磁环境不但对人体没有任何危害,而且被公认为是继太阳光、水和空气之后的第四个生命元素。然而,随着人类社会的发展和科技的进步,人类发明了许多电子和电气设备,比如：高压输电线路周围电磁环境的研究广播、电视、通讯、电气化机车、高压输电线路、变电站及各种家用电器。这些设备在使用中向外界环境发射电磁辐射或产生电磁场,从而使环境中的电磁本底值增加,超过一定的限值就会对人体和其他生物产生危害和影响。所以我们要制定相关的电环境污染标准来控制用电设备在运行时产生电磁辐射的量,保证人类的正常生活和工作。因此,了解广西不同地区电磁环境本底值,对制订高压输电线路电磁环境污染治理措施、对公众解释电磁辐射问题等是非常有帮助的3.4不合理测量数据分析上面列举的三条线路的数据是从大量测量的数据中优选出来的。因此高压输电线路电磁场强度的分布特征和衰减趋势是比较理想的。由于广西是丘陵为主、植物丰富的地区,高压输电线路经过的区域都是非常复杂,在实际测量中,很难找到相对理想的线路。所以测量的数据经常会出现不符合分布特征和衰减趋势的现象。通过总结大量的不合理实测数据,把不合理的情况归纳为以下三种。<1>测量点在离导线水平距离Om到lOm左右的电场强度本来应该是一直增加到最大值后逐渐衰减,从实际测量所得出的曲线分布图中可看出数据没有明显的增大趋势。经过分析产生这种现象的原因是植物处在电场中会产生极化电荷,跟导体处在电场中产生感应电荷的原理类似,如图3．11,图3-11虽然植物是非导电体,产生的极化电荷比感应电荷要少很多,但是极化出来的电荷会产生与外电场方向相反的电场,通过叠加降低部分外电场,从而减小该测量点的电场强度,同时植物具有吸收电场能量的广西大掌硕士掌位论文高压输电线路周围电磁环境的研究。四、电磁环境的实验研究4.1电磁环境实验研究现状噪声和无线电干扰水平都大大提高,已成为选择特高压输电线路子导线数及其结构的决定性因素。无线电干扰与可听噪声的预测公式依据试验和测量获得,而两个参数的测量受周围气候环境、导线表面积灰、老化等的影响较大,因此预测公式的获得需要大量的试验和测量数据支撑。对导线产生的无线电干扰来说,它的分布状况呈现一定的统计特性。即输电线路电晕放电会随天气的变化而发生较大范围的变化,其无线电干扰水平也会发生相应大范围的变化。CISPR的第18号系列出版物,总结各国的研究成果,给出了无线电干扰的统计特性：叫5％值,代表了大雨条件的平均水平。降雨量超过0．6mm／h就可认为是大雨,大雨时的无线电干扰平均水平是最稳定且能再现的。因此,研究人员常选择大雨时平均水平作为计算无线电干扰的基准电平。对于可听噪声的测量前文作过分析。在好天气时,交流线路产生的电晕噪声淹没在环境噪声中,即使是特高压线路在好天气条件下测量噪声也基本等同与环境噪声。国网电科院高电压技术研究所曾经对我国各电压等级的输电线路可听噪声进行测量。报告指出：晴好天气下,1lOkV—1000kV交流、+500kV大截面导线电线路的噪声和背景噪声不易区分；雨、雾等恶劣天气条件下,500kV及以上电压等级的交流输电线路可听噪声会增大,一般在在35dB～52dB。750kV和1000kV线路下极端条件下可以听到交流纯音,lOOHz噪声分量水平可达52dB甚至更高。因此,线路产生的可听噪声也与气候环境有直接关系,线路下方的单次测量结果不足以代表线路实际的无线电干扰水平和可听噪声强度,只有长期的观测数据才能反映一定电压等级下导线产生的无线电干扰和可听噪声。对线路的长期测量需要投入大量的人力物力,相对来说,试验研究周期更短、成本更低,即便已经获得长期观测数据也有必要与试验结论做对比。因此,电磁环境的试验研究是电磁环境问题研究必备的一个环节。试验数据获得预测公式有两种方法：<1>分析法分析法通过单相单根或单相多根导线大雨条件下的电晕笼试验获得激发函数和产生功率,然后分析试验数据总结无线电干扰和可听噪声预测公式。这种方法获得的公式是在大雨条件下得到的试验数据,因此只适用于大雨条件。采用这种方法获得预测公式的研究机构主要有：法国电力科学研究院<EDF>,美国电力科学研究院<EPRI>和加拿大魁北克研究院<IREQ>。1>EDF的公式EDF的试验方法是先获得不同半径的单根导线大雨条件下的激发函数,然后增加导线分裂数总结29种不同型式导线试验,获得无线电干扰和可听噪声公式。4.2电晕笼实验导线产生的电晕效应一般不能重现。如可听噪声的测量值取决于导线与微音器之间的距离,无线电干扰的测量值取决于导线的对地电容,电晕损失取决于分裂导线对地面的相对位置及空间电荷的运动程度。因此,评价电晕效应引入"产生量"这个概念,使电晕效应各参数独立于一些"几何"参量之外。前文提到的激发函数和下面将要介绍的产生功率分别是无线电干扰和可听噪声对应的产生量,它们是通过测量试验线路或电晕笼大雨条件下的无线电干扰、可听噪声值得到的。要想获得导线的激发函数和产生功率,比较准确的方法是测量实际尺寸的三相试验线路产生的无线电干扰和可听噪声水平,即采用上一节提到的试验方法获得。但因经济性是很差,各国多采用单相导线电晕笼试验推导激发函数和产生功率。实际上单相导线不能准确的重现三相输电线路每一相的电位梯度分布,但由于相差并不大,所以可以近似代替试验线段的结果。4.3导线表面状况的影响影响导线起晕状况的因素很多,大体可以分为两类：一类是导体自身因素,如导线半径、施加电压、分裂形式及表面粗糙程度等,这些参数主要作用于导线表面电位梯度,表面梯度越高,空气中离子的运动越活跃,越容易产生电晕现象；另一类影响导线起晕的因素是外部条件,诸如环境中的温度、湿度、空气密度等,它们通过影响空气中粒子的运动对导线起晕产生影响。有些因素是相对独立的如导线半径、施加电压、分裂形式,它们对表面电场的作用基本不受其他因素的影响。另一类因素则是相互影响的,如导线表面粗糙程度就与导线结构、使用年限和外部环境条件诸如湿度等有密切关系。本节主要讨论导线表面粗糙程度的影响。4.3.1导线表面场强的计算<1>Markt-Mengele法导线表面电场强度是导线型号选择、送电线路电晕损失、无线电干扰水平和可听噪声计算的基本量之一。对于分裂导线表面电场强度的计算,工程上广泛采用Markt和Mengele提出的用等效单根导线代替分裂导线进行计算的方法。该方法对分裂导线进行了近似处理,是比较简单实用的方法。前文中无线电干扰和可听噪声预测公式中的表面电场强度的计算方法就是采用这个方法。该方法认为：电荷位于等效单根导体的中心,计算出一相所代表的电荷数。在平均分配到各分裂导线上计算出每根导线的平均电位梯度Eav整个区域工频电磁场强度,而导线排列方式、导线相序排列和两条线路间距三种因素主要影响线路之间区域的电磁场分布情况。对工频电场来说,线路之间电场分布情况是几个因素综合作用的结果,电场是增强还是减弱需具体分析。对磁场来说,增大线路之间距离、采用合理相序排列可以有效降低线路之间磁感应强度。对无线电干扰来说,由于平行架设线路涉及导线较多、计算模型复杂,本文提出了一种简化方法,并利用这种方法分析无线电干扰分布特性。仿真结果表明与常规线路相比,平行线路间距越近,线路之间区域无线电干扰水平越高,改变相序排列可以减小干扰水平,但影响区域主要集中在平行线路的中心区域,相对而言排列方式的影响最为显著,可以作为降低平行架设线路无线电干扰水平的有效手段。需要注意的是,平行架设线路噪声的分布情况与同等条件的常规线路有明显差异,两条线路平行架设使得整个区域可听噪声有明显的增大。合理的排列相序和导线排列方式,可以有效减小平行架设方式下的可听噪声水平。4.3.2特高压交流线路交叉跨越区域电磁环境研究。建立三维空间模型研究特高压输电线路交叉跨越方式下,线路对地高度、两条线路之间的相对高度、导线相序排列对工频电场、工频磁场、无线电干扰分布情况的影响。选择特高交流压示范工程输电线路与500kV交流输电线路交叉点进行工频电场、工频磁场、无线电干扰水平测量,测量结果和计算结果对比验证了模型的正确性。利用参数模型分析两条线路不同对地高度、不同相序排列情况下,工频电场、工频磁场、无线电干扰分布情况。计算结果表明,对工频电场和工频磁场来说,无论是提高下层线路导线对地高度还是提高上层线路导线对地高度,都可以降低线下磁感应强度,同时提高效果更明显。对无线电干扰来说,增大导线相对高度可以有效的降低交叉区域无线电干扰。但同时提高线路高度会增加线路造价,鉴于改变相序能同时改善线路下方工频电场、工频磁场和无线电干扰水平,从工程造价的角度考虑,改善交叉区域电磁环境的首先方式是合优化导线相序排列。4.3.3.电磁环境问题的试验研究。本文提出了两种电晕笼无线电干扰试验校准方法,并获得单层电晕笼和双层电晕笼的校准因子。在此基础上,利用双层笼研究表面光滑的型线和表面不光滑的绞线之间的起晕差别。由计算方法和试验分析可知,导线干燥时光滑型线的起晕情况好于同截面的绞线。而在大雨条件下得到的光滑导线和不光滑导线电晕产生量是基本一致的。因此,虽然现有预测公式不能体现导线表面光滑程度的差异,但可以预见同截面光滑型线干燥条件下产生的无线电干扰和可听噪声有望小于常规绞线。工程中采用型线输电好天气情况下的起晕特性会优于常规绞线。利用·单层电晕笼在特高压交流试验基地环境气候室内完成了海拔高度0-4000m范围内的无线电干扰试验,分析了海拔高度对导线产生无线电干扰水平的影响,获得相应海拔高度的激发函数。试验结果表明,无线电干扰值的海拔修正起始点可以选择在500m,修正值基本为每300m增加ldB。海拔高度达到2000m以上时导线起晕场强降低到6kV／cm,这表明导线起晕程度明显增强。高度达到4000m以上时,导线起晕出现饱和现象。4.4输电线路电磁环境优化措施4.4.1降低工频电场措施输电线路周围的电磁环境水平不仅与线路运行电压和电流有关,还和导线参数、架设高度及杆塔结构等因素密切相关。多回线路同塔架设或平行架设时,线路下方电场强度还将受到相序排列的影响,因此只有通过合理改善各项影响因子,才可以有效地降低地面电磁场水平。提高导线对地高度通过研究不同电压等级电磁环境特性可知：提高输电线路对地高度是最直观、最明显的降低地面电磁场水平的措施。以图4-4-1所示的典型500kV输电线路为例,三相导线平行架设,相间距为10m,假设导线最小对地高度由10m提高到40m,这时不同对地高度下的工频电场和磁场的横向分布分别如图4-4-2和图4-4-3所示。图4-4-1典型的500KV输电线路塔形图4-4-2导线不同是对地高度电场横向分布图4-4-3导线不同对地高度磁场的横向分布图4-4-2、44--3可见,线路下方的工频电磁场强度均随线路悬挂点对地高度的增加而减小。但导线高度的增加,会引起杆塔强度、基础等变化,由此引起的投资增加较大。因此,建议结合线路的电压等级、线路所经过的区域以及相应环境特点的不同,来设计杆塔高度,以达到电磁环境满足要求,而又经济节省了线路造价。2、同塔多回路架设时优化相序排列用同塔多回线路架设方式,可以有效地利用日益稀缺的输电走廊图4-4-4为典型的同塔双回路和同塔四回路塔型,在采用多回路架设方式时,不同的相序排列方式对地面工频电场强度的影响很大,以一条同塔双回路架设的500kV三相输电线路为例,相序排列方式有6种,如表4-4-5所示。图4-4-4典型的同塔双回路和同塔四回路塔形图4-4-5500KV同塔双回相序排列方式排列方式123456相序排列AA’BB’CC’AA’BC’CB’AB’BA’CC’AB’BC’CA’AC’BA’CB’AC’BB’CA’在导线对地高度相同的条件下,仅改变相序的排列方式,线路下离地1.5m高处空间的工频电场强度变化如图4-4-6所示,图中0m为线路中心点,右上角图例数字编号对应如表4-4-5所示的相序排列方式。图4-4-6不同导线排列方式下底面工频电场强度分布由图4-4-6可见,工频电场强度值第1种方式〔同相序排列时最大,为7.3kV/m,第6种方式〔逆相序排列时最小,为4.7kV/m。因此对于同塔多回路输电线路,可采用相序优化排列的方法来降低地面电场强度。同杆架设多回不同电压等级线路同杆架设不同电压线路也是一项可行的技术措施。将较低电压等级的输电线路架设在下层,一方面提高了高电压线路的架设高度,减轻了其地面的电场强度,另一方面低电压等级线路对高电压线路电场起到一定的屏蔽作用。图4-4-7500KV-220KV线路同塔混合架设1图4-4-8500KV220KV线路混合架设2同塔混合架设1导线排列方式第一种方式第二种方式第三种方式第四种方式上回AABBCC下回AABCCB上回ACBBCA下回ACBCAB上回ACBBCA下回CABACB上回AABBCC下回CABACB同塔混合架设2导线排列方式第一种方式第二种方式第三种方式第四种方式上回AABCBC下回ABCABC上回ACBCBC下回ABCABC上回ACBCAB下回CBACBA上回AABCCB下回CBACBA图4-4-9220KV-110KV线路同塔混合架设1图4-4-10220KV-110KV线路同塔混合架设第一种方式第二种方式第三种方式第四种方式第五种方式第六种方式AAAAACACCAAABBBBBBBBBBBBCCCCCACAACCCAACCACCAAACABBBBBBBBBBBBCCAACAACCCAC图4-4-11和图4-4-12为500kV-220kV混合架设方式Ⅰ和方式Ⅱ下,地面1.5m处电场分布情况,设混合架设下相导线对地10m。由图4-4-11可知,混合架设方式Ⅰ在第一种方式排列下,地面电场最大,但仅在线路正下方小范围内有超标,另外三种方式排列,地面电场均较小,而且距离4kV/m的评价标准仍有一定的裕度。图4-4-12可知,混合架设方式Ⅱ在第一种方式排列下,地面1.5m处的电场最大值为6.5kV/m,且到距离线路中心10m以外,电场才降到4kV/m以下,其他三种排列方式,电场均在4kV/m以下,但在线下较宽的范围内,电场均在2kV/m～4kV/m之间.图4-4-11500KV-220KV线路同塔混合架设1地面电场分布图4-4-12500KV-220KV线路同塔混合架设2底面电场分布根据图4-4-11和图4-4-12的计算结果,500kV-220kV的混合架设Ⅰ在地面1.5m处电场的分布情况较混合架设Ⅱ的电场分布情况要优势得多,不仅在走廊宽度上要求较小,而且不管在哪种方式的比较下,地面电场均比混合架设Ⅱ要小,且相比于标准,裕度较大。但混合架设Ⅰ的造价要比混合架设Ⅱ的造价高,且混合架设Ⅰ的架设太高,容易引起雷击而造成线路跳闸事故,因此,应综合考虑混合架设的方式。同样,图4-4-13和图4-4-14为220kV-110kV混合架设方式Ⅰ和方式Ⅱ下,地面1.5m处电场分布情况,设混合架设下相导线对地10m。由图中可知,混合架设方式Ⅰ下,第五种导线排列方式下地面1.5m电场分布最大,最大值为1.58kV/m,而在第四种方式导线排列下地面1.5m电场分布最小,均在0.8kV/m下。而对于混合架设方式Ⅱ下,第一种排列方式,地面电场最大,其他几种排列方式相当,但均在0.8kV/m～1.25kV/m以内。根据图4-12和图4-13的计算结果,220kV-110kV的混合架设Ⅰ在地面1.5m处电场的分布情况与混合架设Ⅱ的电场分布情况相差不大,但混合架设Ⅰ在走廊宽度上要求较小,且相比于标准,电场裕度较大。混合架设Ⅱ中除第一种方式排列外,其它方式均也较优。但相比较而言,混合架设Ⅰ的架设太高,容易引起雷击而造成线路跳闸事故,因此,应综合考虑混合架设的方式。图4-4-13220KV-110KV线路同塔混合架设线路1地面电场分布图4-4-14220KV-110KV线路同塔混合架设线路2地面电场分布4、屏蔽作用房屋的屏蔽作用通常工频电场是较容易屏蔽的,原因是金属导体的电导率要比空气的大很多。实际应用中金属外壳不必完全封闭,例如生活中多居住在钢筋混凝土结构房屋中,由钢筋组成的不连续金属网也可达到类似的屏蔽效果。即使仅用红砖和普通瓦建造的房屋,由于这些材料的电导率显著大于空气,也可使内部工频电场降低到外部的十分之一以下。我国第一条500kV输电线路平武线下,专门建造了一座两层楼高的试验楼房,以研究房屋对电场的屏蔽效果,图4-4-15为当时的试验楼房。试验结果显示,由于房屋的屏蔽作用,在房屋周围以房屋高度为半径的范围内,场强都有不同程度