摘要：随着电压等级的升高，高压/特高压输电线路的电磁环境问题已经成为线路设计的重点考虑因素之一。实际上输电线路的架设可能经过山地或丘陵，不平坦地形将会对输电线路的电磁环境产生影响。本文分析了复杂地形情况下高压交流输电线路电磁环境特性。
关键词：高压交流；输电线路；电磁环境特性
特高压电网随着电压等级的升高和电流的增加，使得其工频电磁场对周边环境的影响变大，因而越来越受到工作人员和普通民众的关注，沿特高压交流输电线路走廊附近的空间工频电磁场分析，也成为了世界各国学者研究的热点问题。
一、电磁环境介绍
交流输电线路的电磁环境主要涉及工频电场、工频磁场、无线（电视）电干扰和可听噪声等问题。其中工频电场由导线电压产生；工频磁场由流过导体的电流产生；无线电干扰和可听噪声均源于导线、金具设备的电晕放电和火花放电。
1.工频电场。输电线路的导线存在电压，使导线与大地之间形成电场，距输电线路导线越近电场强度越强，随着与导线间距的增加，电场强度降低很快，在距地面2m以内的空间，电场分布基本均匀。位于工频电场中的人体可能会受到以下影响：一是直接作用。通过线路与人体之间的电容耦合，在人体内流过位移电流，其影响程度取决于位移电流的大小、人在电场停留的时间及频度。二是冲击电荷。积累在其他物体上的感应电荷通过人体瞬间或间断放电（暂态点击），其影响程度取决于因放电而流经人体的电荷。如，人体与地面接触，同时触摸与大地绝缘的其它大型物体；或者人体与地面绝缘，同时接触接地金属体、金属结构、建筑物或与大地绝缘的物体。三是稳态电流。人接触对地绝缘的大型物体时，线路与物体间的电容耦合电流通过人体入地，其影响程度取决于流经人体的持续电流大小。
2.工频磁场。输电线路运行时，导线中的电流在周围空间产生磁场。位于工频磁场中的人体会受到以下影响：一是磁场作用于人体而在其内感应电场和电流。二是人触摸由于感性耦合造成的与人体存在电位差的金属体，造成电击等。
3.可听噪声。可听噪声是指导线周围空气电晕放电时所产生的一种人耳能够直接听到的噪声，它是一种声频干扰。随着输电电压等级的不断提高，特别是对于特高压输电线路，电晕放电产生的可听噪声，通常更令人烦躁和不安，严重时可使人们难以忍受。可听噪声主要通过听觉对人的生理和心理造成影响。
二、计算方法
可用于交流输电线路工频电磁场分析的数学模型和计算方法有很多种。出于简化特高压交流输电线路周围电磁场分布模型的考虑，目前的工程计算中大多采用二维空间模型。其主要的计算方法包括:等效电荷法、有限差分法、有限元法和矩量法等。以电场分布为例，利用等效电荷法和有限元法的计算原理如下。
1.等效电荷法理论基础。以边界上的电荷分布或一组虚设的模拟电荷为未知数，根据库仑定律直接决定的由电荷分布求解电位的积分方程，利用已知的边界条件，写出一组对电荷求解的线性方程组，再按所求得的电荷，便得出电场空间分布的近似解。这类数值计算方法主要就是等效电荷法。作为求解静电场的有效方法，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，再应用叠加原理，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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆静态电场的数学模型可视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，电荷的分布情况往往是未知的，不能直接由给定的边界条件解出。
2.有限元法理论基础。从拉普拉斯方程或泊松方程出发，将电场连续域内的问题变为离散系统的问题来求解。也就是说，把场域空间划分为有限个网格，以网格节点的电位为所求未知数，利用已知的边界条件，写出一组对节点上的电位求解的线性方程组，从而求出电场空间分布的近似解。这类数值计算方法主要就是有限元法。有限元法是一种以变分原理和剖分插值为基础的方法。在计算时，他将研究场域剖分为若干有限单元，再利用彼此间的插值函数来表达每个单元的解，进而利用电磁学中相关原理来建立用以求解节点未知量的有限元方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散的有限自由度问题。
三、电磁环境控制下距离分析
虽然国家标准中针对设计阶段，给出了跨越或邻近民房时的要求，但由于输电线路从可研设计至施工建设完成，往往跨度时间较长，如何处理工程建设完毕后新出现的房屋，尤其是满足要求而在线路保护区范围内，电场强度是否满足要求，为运行单位尤为关心的问题，因此有必要给出电磁环境控制下的走廊范围。由于地面电场强度随着线路对地距离增加而明显衰减，因此电磁环境控制下的走廊范围和对地距离密切相关。一是1000kV双回输电线路，在对地距离18～27m之间，无线电干扰最大值为54.18μV/m，可听噪声值最大值为55dB，小于规程要求的55μV/m和55dB，线路走廊宽度由地面电场强度控制。二是当线路跨越房屋时，同相序排列对地距离分别不小于54m，逆相序不小于33m时，可以控制地面电场强度小于4kV/m，此值可做跨越房屋时的距离参考值。三是当线路邻近房屋时，规程要求边导线距房屋最近点为7m，此时走廊宽度为42.6m，要求同相序对地距离不小于47m、逆相序不小于32.5m，可以控制走廊宽度范围内地面电场强度小于4kV/m，此值可做邻近房屋时的距离参考值。四是同塔双回路同相序和逆相序排列时，对地面电场强度影响比较大，尤其是跨越房屋时，对地距离最大差值达22m。相关计算表明，逆相序排列方式在地面工频电场强度、线路不平衡度、过电压水平、潜供电流、恢复电压、线路走廊宽度等方面占优。同相序排列方式在导线表面电场强度、无线电干扰、可听噪声和电晕损失等方面占优。由于地面电场强度衰减的较慢，同相序和逆相序排列对地距离在18~27m变化时，走廊宽度变化不大。对地距离为18m时，走廊宽度分别为67.4m和66.9m，按两最长横担之间的宽度为28.6m，两侧边线外走廊跨度分别为19.4m和19.2m，因此，可以按边线外20m控制新建线路房屋的拆迁范围。五是无线电干扰分析。当导线距地面高度为21、28和34m时，不同角度斜坡对无线电干扰的影响斜坡角度越大，对无线电干扰的影响也越大，导线越高，地面无线电干扰越小。60°斜坡对无线电干扰的最大变化在41m处，值为1.98kV/m，变化率3.7%；60°斜坡对无线电干扰的最大变化在42m处，值为1.96kV/m，变化率3.72%；60°斜坡对无线电干扰的最大变化在44m处，值为1.9kV/m，变化率3.63%。由此可知，从杆塔向右，斜坡对无线电干扰均有增强作用，但影响很小。
斜坡对输电线路工频电场有较大影响，其影响是先减小后增加，工频电场的变化率随着斜坡角度增加而增大，斜坡角度不太大时，斜坡不会使输电走廊宽度增加。特高压单回交流输电线路下方离地1. 5 m处电磁场强度均满足国家相关标准的要求，不会对地面人员产生危害。根据地面电场强度可以按边线外20m控制新建线路房屋的拆迁范围，本文的分析了以供参考。
参考文献
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[3]吴桂芳，陆家榆，邵方殷.特高压等级输电的电磁环境研究[J].中国电力，2015，38(6)：24-27.
论文作者:孙镜凯
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/3
标签：电场论文; 电荷论文; 线路论文; 导线论文; 斜坡论文; 电磁论文; 干扰论文; 《基层建设》2017年第20期论文;