电磁辐射对500kv超高压输电线路电磁环境影响分析

电磁辐射对500kv超高压输电线路电磁环境影响分析

近年来，中国各行业都发展迅速。1998年末，安装功率为2.7亿kw，能源传输也在世界上排名第一。500kv超高压线路已达1万公里，为中国经济的快速发展提供了强有力的能源保障。但是,同其它的工程建设项目一样,电力工程也不可避免地对周围环境产生不利的影响,随着500kV超高压输电电网的形成,电磁环境问题愈来愈被人们所重视。输电线路是电力系统的重要组成部分,在运行过程中,导线上的电流在周围空间会产生电磁场,而电磁场会对附近的生态、弱电系统、金属管线等产生影响。在正常运行状态下,其影响包括:工频电压、电流对生态系统以及人体健康的影响;电晕放电对无线电干扰影响和可听噪音的影响;中性点直接接地、不直接接地系统的电磁干扰影响和电磁危险影响。220kV蒙城-芦集Ⅱ回线输电线路工程经过蒙城、凤台、淮南,全长64.2km。该工程的架设大大缓解了淮北电力的输出压力,产生巨大的经济、社会效益,同时也对周围环境带来了不容忽视的影响:施工期间的扬尘及噪声;运行期间的电磁辐射(工频电场、工频磁场)及电晕无线电噪声影响。本文首先确定了合适的计算方法,获得了电磁影响范围内的电场、磁场强度值及其变化规律,通过对比适当的评价标准,深入分析了电磁辐射对该输电线路的电磁环境影响。1计算当前电压值的电压值1.1导线接枝系数组成的n阶方程利用镜像法计算送电线上的等效电荷。可由矩阵方程计算多导线线路中导线上的等效电荷,即[U1U2U3]=[λ11λ12λ13λ21λ22λ23λ31λ32λ33][Q1Q2Q3]其中,[U]为各导线对地电压的单列矩阵;[Q]为各导线上等效电荷的单列矩阵;[λ]为各导线的电位系数组成的n阶方阵(n为导线数目)。[U]矩阵可由送电线的电压和相位确定,从环境保护考虑以额定电压的1.05倍作为计算电压。对于220kV三相导线,各导线对地电压为|UA|=|UB|=|UC|=220×1.05/√3=133.4(1)各相导线对地电压矩阵为[U]=[U1U2U3]=[133.4+j0-66.7+j115.5-66.7-j115.5](2)电位系数计算公式为λii=12πε0ln2hiRiλii=12πε0lnD′ijDijλij=λji(3)其中,ε0为空气的介电常数;hi为导线与地面的距离;Dij为第i根导线与第j根导线的间距;D′ij为第i根导线与第j根导线的镜像导线的间距;Ri为输电导线半径,对分裂导线用等效单根导线半径代入,Ri的计算公式为Ri=Rn√nrR(4)其中,R为分裂导线半径;n为分裂导线根数;r为次导线半径。由[U]矩阵和[λ],利用等效电荷矩阵方程即可求出[Q]矩阵。1.2点的距离和临界高度的确定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Ex和Ey可表示为Ex=12πε0m∑i=1Qi(x-xiL2i-x-xi(L′i)2)Ey=12πε0m∑i=1Qi(y-yiL2i-y-yi(L′i)2)(5)其中,xi、yi为导线i的坐标(i=1,2,…,m);m为导线数目;Li和L′i分别为导线i及其镜像至计算点的距离。对于三相交流线路,可根据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Ex=m∑i=1EixR+jm∑i=1EixΙ=ExR+ExΙEy=m∑i=1EiyR+jm∑i=1EiyΙ=EyR+EyΙ(6)其中,ExR为各导线的实部电荷在该点产生场强的水平分量;ExI为各导线的虚部电荷在该点产生场强的水平分量;EyR为各导线的实部电荷在该点产生场强的垂直分量;EyI为各导线的虚部电荷在该点产生场强的垂直分量。该点的合成场为E=(ExR+jExI)x0+(EyR+jEyI)y0=Exx0+Eyy0其中Ex=√E2xR+E2xΙEy=√E2yR+E2yΙ地面处(y=0)电场强度的水平分量即Ex=0。离地面1～3m范围内场强的垂直分量和最大场强较接近,可以用场强的垂直分量表征其电场强度合成量,因此只需要计算电场的垂直分量。本工程输电线路大部分架设在农田中,在经过居民区时均适当抬高了架设高度,均满足设计规范要求(220kV不低于7.5m)。在本次评价工频电场强度计算中,针对不同的方案分别选择不同的具有代表性的集中高度以及对应的临界高度进行计算,磁感应强度和无线电干扰强度计算选择6m。线路下工频电场强度计算结果,见表1和表2所列。2线路工频磁场强度由于工频情况下电磁场具有准静态性,线路的磁场仅由电流产生,输电线路在空间任一点产生的工频磁场可根据安培定律,按照矢量叠加原理计算得出。输电导线在空间任一点产生的工频磁感应强度计算公式为B=μ0Η=μ0Ι2πr其中,B为磁感应强度(T);H为磁场强度(A/m);μ0为真空中的磁导率(μ=4π×10-7A/m);I为导线i中的电流值(A);r为第i相导线至计算点处的直接距离(m)。对于三相线路,由于相位不同形成的磁感应强度水平和垂直分量均必须分别考虑电流间的相角,按相位矢量合成。影响范围内工频磁场计算结果,如图1所示。3磁体环境评价(1)直接影响因子的确定公众总受照射剂量(包括已有电磁辐射背景影响和拟建项目设施可能或已经造成影响之和)不应大于文献规定,即以4kV/m作为居民区工频电场强度评价标准,以0.1mT作为居民区磁感应强度评价标准。以送电线路走廊两侧30m带状区域为工频电场、磁场的评价范围。(2)线路磁场强度从表1和表2可见,对于220kV同塔双回路单分裂输电线路,当下线导线高度低于6.5m时,距中相线投影点区域即边相导线地面投影点附近,地面1.5m高度处的未畸变工频电场强度超过4kV/m;当下线导线高度大于6.5m时,线路下方地面1.5m高度处的未畸变工频电场强度小于4kV/m。对于220kV单回路单分裂输电线路,当下线导线高度低于6.8m时,距中相线投影点4～6m区域即边相导线地面投影点附近,地面1.5m高度处的未畸变工频电场强度超过4kV/m;当下线导线高度大于6.8m时,线路下方地面1.5m高度处的未畸变工频电场强度小于4kV/m。地面电场强度随着离开线路距离增加迅速降低,当离开线路约20m,地面1.5m高度处的电场强度基本小于0.3kV/m,不足评价凭准的7.5%。从图1中计算值可见,线高6m时,220kV输电线路产生的磁场强度最大值为10.83A/m(相当于0.0136mT)。线高8m时,220kV输电线路产生的磁场强度最大值为9A/m,占评价标准的10%左右。该最大值一般出现在边导线内侧下方,然后再随着离开边导线距离的增加逐渐减小。相对于0.1mT的评价标准而言,220kV输电线路产生的磁场强度远小于评价标准,对周围环境影响较小。4辐射防护功能