摘要：随着特高压电网建设的发展，特高压电网对重要军事设施、无线电台（站）、城镇规划区及居民区等，环境敏感目标的电磁干扰(electromagneticinterference,EMI)影响成为土地资源日益稀缺条件下，特高压输电线路走廊规划和输电线路设计的突出矛盾。建立特高压输电工程环境的3维GIS平台实现电磁干扰计算和云图的3维可视化，可以直观反映电磁干扰的空间分布及其对周边敏感设施的影响大小。本文针对特高压输电线路电磁干扰，采用组件GIS开发技术，建立了输电走廊3维场景，实现了1000kV特高压交流输电线路电磁干扰计算云图的3维可视化。
关键词：特高压输电线路；电磁干扰；3维可视化
前言：特高压输电线路的传输功率较大，而且分布电容较大、波阻抗相对较小，目前应用较多的为±800kV高压输电线路与500kV高压输电线路。特高压输电线路属于电力系统的主要部分，若发生运行故障，则会造成电力系统运行故障，甚至系统瘫痪问题，对此做好特高压输电线路的相关研究，有着现实的意义。
1电磁干扰的机理
交流输电线路对管道的电磁干扰影响从机理上包含三类，即容性耦合影响、阻性耦合影响和感性耦合影响。
1.1容性耦合影响
由于输电线路在运行过程中在周围的空间产生电场，电场经过线路与管道之间的相互电容耦合，导致管道与大地之间产生一定的电位差，这样的情形即为容性耦合。由于管道一般都埋于地下，地表的土壤对电场产生了良好因此，输电线路的正常运行过程中可忽略容性耦合影响。
1.2阻性耦合影响
在电力的线路出现单相接地短路故障时，大的故障电流通过杆塔流入大地，导致附近的土壤电位增高，经过埋地的金属管道过程中，管道上也会相应的产生一定的电位，这种情况为阻性耦合影响。输电线路在正常的负荷运转中，电力线路上的三相电流多数情况下会处于对称状态，入地的电流非常小，所以，输电线路经过阻性耦合在管道上形成的干扰电压可以忽略。
1.3感性耦合影响
交流输电线路的正常运行过程中，交变的电流在其周围的空间产生交变的磁场，该磁场在空气和大地中同时存在，当埋地的金属管道与输电线路临近时，交变的磁场会经过电磁感应作用在接近的输气管道上感应形成纵向电动势。管道的金属外壁所敷设的防腐层，不是绝缘材料，而是一种具备电导率的物质，所以管道和大地之间有漏电导存在，纵向电动势会作用在管道和大地形成的回路上，从而出现纵向电流、泄漏电流，并在管道的防腐层两侧形成电位差，也就是涂层电压。这样的情形称为感性耦合影响。感应纵电动势与电流的大小，主要决定于管道和输电线路的平行长度、输电线路的电流大小、输电系统的频率、管道和输电线路邻近的距离远近、管道的防腐层电阻率、大地的电阻率等方面。在大多数的三相交流输电系统的结构中，三相导线和管道处于一种不对称的状态，电感耦合的影响会表现的十分明显。由上的分析可知，交流输电线路的正常运行对管道的影响主要表现为感性耦合影响。
2地理信息系统GIS技术分析
GIS在电力系统自动化中的应用，其功能作用主要体现在代码管理、图形控制、图形编辑、自动布线等，GIS系统构成主要包括系统基础设置子系统、实时运行子系统、查询输出子系统。在实际应用中，GIS发挥着极大的作用，但也存在局限性，比如功能模块失效问题、信息兼容问题等，需要加以研究，以提升GIS的利用效率。
应用地理信息系统GIS技术，可以为输电线路的运维管理人员提供基础的帮助，将GIS技术与输电线路运维管理系统进行融合，借助GIS图形处理的功能以及数据库管理的技术等，能够实现数据信息的融合，例如地理位置与空间信息等方面，通过对现场的线路设备信息进行采集，进行输出并存储数据库，可以为后期的输电线路运维提供基本数据，能够提供给运维人员及时的可视化信息，提供给输电线路运检与设备维护等相关工作完整的数据信息，大大的将决策的有效性与合理性进行提升。
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3输电走廊3维场景构建
1000kV特高压工程输电走廊3维场景所包含的主要内容如下：
3.1影像数据
输电走廊场景的影像数据源主要来自于商用的卫星影像，由于特高压工程线路具备百米以上的长度，因此上述卫星的影像需要构成镶嵌数据集，便于在场景中可以按照LODs快速加载与显示。影像分辨率随着缩放等级的不同而不同。
3.2高程数据
METI和NASA于2009年开始共享全球30m级ASTERGDEM数据，简单注册后即可下载，与SRTM3/4的90m级数字高程模型(digitalelevationmodel,DEM)相比，其空间分辨率有很大的提高。本文场景中的高程源采用该30m级DEM数据。
3.3矢量数据
点位信息存储在点Shapefile(*.shp)文件中，包括GPS实测的或其他已有资料里的杆塔中心点坐标以及敏感点坐标。输电线根据推算的挂线点坐标绘制，外形简化为抛物线，以线Shapefile文件形式存储。
3.4杆塔模型
利用3维符号系统生动地呈现杆塔数据，进而真实地重建输电走廊3维情景。输电杆塔建模采用GoogleSketchUp软件，建模数据来源于实测值或设计图纸，在保证准确性、完整性和合理性的前提下进行3维建模，如图2所示，再将其作为符号加载到输电走廊3维场景中。
4电磁干扰计算的可视化
4.1电磁干扰计算数据接口
在3维GIS平台中，首先要提供1个交互界面进行电磁干扰计算参数的选择和设定。参数设置取决于电磁干扰计算的需要。
采用GIS软件对上述参数进行初步处理生成可供电磁干扰计算模型调用的格式文件，电磁干扰计算模型经编译后以动态链接库文件(.dll)形式提交给GIS软件调用。在GIS软件中，添加对该动态链接库的引用并进行计算，计算结果以文本文件(.txt)形式输出，供GIS平台后续实现可视化使用。
4.2数据格式转换
完成电磁干扰的计算后，需要进行格式转换，将结果文本文件(.txt)转换为GIS能识别的点云*.shp文件。由于电磁干扰计算结果数据分别给出了同一位置x、y、z轴3个方向的电场强度大小Ex、Ey、Ez(单位是V/m)，因此，根据电磁干扰计算结果可以描绘出对应x、y、z轴的云图(等位线图)，用户可以选择在这3幅图中切换显示。
5电磁干扰计算云图的3维可视化
电磁干扰云图能够直观的反映出电磁干扰的空间分布和对周边的敏感设施的影响情况。举个例子，用户能够在3维的GIS场景中凭借俯视的角度来查看杆塔某个给定的高度处的电磁干扰场强的分布状况况。在云图中，不同大小的场强用不同的颜色表示，相同的场强大小用同一种颜色显示，且在图的一侧会显示出1个场强大小的状态条，在状态条中针对不同颜色所对应的数据值进行了描述。
云图生成完成后会在3维场景里自动叠加显示出效果。云图显示的实质就是栅格数据的加载和渲染，本系统的云图渲染采用自定义函数TColorRamp对渲染方式中所用色带进行设置，可自行创建色带符号进行渲染，也可以采用ArcGISDesktop系统符号库里已有的色带。ArcGIS拥有丰富的符号库管理机制，符号库之间相互独立，可任意进行符号的添加、删除、新建等工作，且具有可视性能好、简便易用等优点。
结语：综上所述，随着电力需求的增加，使得特高压输电线路建设不断增多，其运行的安全性与质量也备受人们的关注。特高压输电线路作为电力系统的主要构成部分，直接影响着电力系统运行的安全性以及稳定性。运用3维可视化技术可以将输电线路电磁干扰结果以更形象、直观的方式呈现给用户，并可以进行输电线路与周边敏感点的空间距离量测和干扰场强大小查询，是电力系统和3维GIS新的结合点。
参考文献：
[1]李振军.高压/特高压直流输电系统对埋地钢质管道干扰的现场测试与分析[J].腐蚀与防护,2017,38(02):142-146+150.
[2]祝贺,胡艺阳.高压输电线路对管道稳态电磁干扰的仿真研究[J].东北电力大学学报,2017,37(03):83-89.
论文作者:刘明跃,许乃文,徐昕,林阳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：线路论文; 电磁干扰论文; 管道论文; 云图论文; 特高压论文; 数据论文; 杆塔论文; 《电力设备》2017年第32期论文;