淺談高壓輸電線路并列架設空間工頻電場

田昊 彭文

（湖南科鑫電力設計有限公司，湖南，長沙 410007）

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，土地價格不斷上漲，高壓輸電走廊日益緊張，與此同時，線路走廊與地方規(guī)劃、建設的矛盾也越來越突出。為了最大限度地利用高壓走廊用地，一條高壓輸電走廊內(nèi)多條輸電線路并列架設的情況經(jīng)常出現(xiàn)，尤其在變電站進、出線處則更為常見。由于工頻電場是一個矢量，因此不同線路產(chǎn)生的工頻電場會相互疊加或削減。筆者利用電磁場計算軟件，以有關規(guī)范推薦的4kV/m作為工頻電場的評價標準，分析多條輸電線路并列架設時線路下方電場的變化規(guī)律及線路間的相互影響作用。

1 電場理論計算模型

高壓輸電線路附近的場域是一個無界場域，場域介質(zhì)由單一介質(zhì)空氣組成，一般采用等效電荷法計算超高壓輸電線路下方空間的場。等效電荷法以靜電場的鏡像法為基礎，將導線表面不均勻且連續(xù)分布的電荷用其內(nèi)部一組等效電荷來代替。等效電荷由矩陣方程[T]=[a]-1[U]求得，其中[U]和[T]分別是導線上的電壓和電荷的列矩陣，而[a]是各導線的電位系數(shù)組成的n階方陣(n為導線數(shù))，可由鏡像原理求得。根據(jù)等效電荷量，空間任意一點的電場強度可根據(jù)疊加原理計算得出，在(x，y)點的電場強度分量Ex和Ey，可表示為：

由于接地架空地線對地面附近場強的影響很小，對500 kV單回路水平排列的計算表明，沒有架空地線時較有架空地線時的場強增加l% ～2% ，本文不計架空地線影響而使計算簡化。

2 計算分析結(jié)果

在電力輸送中，單、雙回線路一般最為常見，因此，本文主要研究該兩種類型線路并列架設時空間工頻電場的變化情況。

2.1 單回線路并列架設

2.1.1 水平排列

兩條水平排列線路，電壓均為220kV，相間距5m，導線對地最低距離10m，導線型號為 2×LGJ一 300，子導線直徑 23.76 mm，分裂間距400 mm。兩條線路有6根導線，因此，不同相序排列的組合方式有許多種，本文選擇

3 種有代表性的排列方式(圖1)所示。

當兩線路中心導線相距20m，線路下方地面處場強分布情況如圖1所示。兩條導線水平排列的線路相序布置相反時，兩線路之間地面處的電場發(fā)生疊加，電場總量增加；相序布置一致時，兩線路相互屏蔽，電場總量減小。當線路呈方式② 布置時，兩線路中心導線間20m范圍內(nèi)電場有較大的增強，最大值為4.8 kV／m，較僅一條線路時的場強極大值高1.6kV／m，而兩線路中心導線外側(cè)電場基本不受影響。當線路排列方式為①時，電場最大削減量為 1.4 kV／m。

2.1.2 正三角排列

兩正三角線路并列架設，水平相距8m，上相距兩下相的垂直高度4m，導線對地最低高度10m，導線型號2 X LGJ一300，子導線直徑23.76 mm，分裂間距400 mm。正三角排列線路下方地面處場強的分布和變化趨勢與水平排列線路相似。當兩線路中心導線相距20m，且相序排列一致時，線路間電場相互疊加，最大值較僅一條線路時高1.2 kV／m。

2.1.3 垂直排列

垂直排列的線路一般通過利用雙回桿塔的一側(cè)架設走線，設導線對地最低距離9 m，垂直相間距4 m，導線型號2×LGJ一300，子導線直徑23.76 mm，分裂間距400mm。兩條導線垂直排列的線路相序布置相同時，地面電場相互疊加，總量增加，相序布置相反時，電場因削減而減小 。當僅一條垂直排列線路時，地面場強最大值為 3.9 kV／m，位于線路正下方。當兩條垂直排列線路并列架設，中心導線相距10 m，且相序布置一致時，地面最大電場強度達4.8 kV／m，位于兩線路之間。

2.2 雙回線路并列架設

2.2.1 雙回垂直布置

導線呈垂直布置的雙回線路是一種最常見的雙回輸電方式，兩回線路分別布置在桿塔兩側(cè)。線路水平相間距8m，垂直相間距4m，兩條雙回線路共l2根導線。本文選擇6種有代表性的排列方式。當兩線路中心相距20m，不同相序排列時的電場分布情況見圖2

圖中⑤、⑥ 分別為一條雙回線路同、逆相序排列時的電場分布情況。當兩條雙回線路并列架設，且相序排列一致時，兩線路間地面處電場最大增量為0.4 kV／m。③、④ 排列方式時兩線路均逆相序布置，不同的是，以方式③ 排列時，兩線路鄰近的兩回線路相序相對一致，而方式④ 則相對逆相序。從圖2可看出，以線路③ 方式排列時，兩線路中心之間范圍內(nèi)的地面場強明顯加強，比僅一條逆相序時的場強最大值高出24% ；以線路④方式排列時，地面電場因線路的相互屏蔽而減弱，最大削減量為 0.6 kV／m。

2.2.2 雙回水平布置

與導線垂直布置的雙回線路不同，水平布置的兩回線路導線呈上下布置(見圖3)，水平相間距5m，垂直相間距4m。

以圖3可知，若兩條水平布置的線路并列架設且相序布置相反，那么線路之間地面電場會因相互疊加而增加。當線路呈②方式排列時，疊加后的場強最大值比僅一條同相序排列(上下線路相序布置相同)的雙回線路大1.9 kV／m。當線路呈① 方式排列時，由于各線路相序排列相對一致，因此，兩線路中心導線問地面的電場發(fā)生較大削減，0m到20m范圍內(nèi)，場強最大值僅為2.1 kV／m。③、④兩種方式兩線路均呈逆相序排列，后者地面工頻電場在0～20m范圍內(nèi)較前者大，其他位置基本相等。

2.3 不同類型的多線路并列架設

本文以湖南省電力公司220kV威撈線輸電線路工程為實例 ，分析不同類型的多線路并列架設時地面工頻電場的分布及變化情況。220 kV威撈線位于長沙市境內(nèi)，部分線路位于城區(qū)走線。由于線路走廊緊缺，該線路采用雙回路架設。

110 kV線路導線半徑均為 11.88mm，220kV線路均為雙分裂導線，擬建和已建線路子導線半徑分別為16.8mm和11.88mm。為了研究輸電線路工頻電場對環(huán)境的最大影響，本文假設各線路導線最低點均位于垂直于線路的同一直線上，分別計算玉玉線36種不同導線布置方式時的電場強度，并選取其中3種代表性較強的排列方式為例，排列方式及其計算結(jié)果見圖4

從圖4可看出，擬建線路自身相序排列方式是影響地面工頻電場強度和分布的主要因素，同時也影響附近其他線路下方地面處的工頻電場。曲線④為玉玉線建設前地面場強分布情況。當線路呈① 方式排列時，已建l10kV雙回線路與220kV線路下方地面處工頻電場有不同程度的加強。由于110kV雙回線路與玉玉線距離較近且相序布置完全一致.所以地面電場增量較220kV雙回線路大。玉玉線對較遠距離的單回110kV線路影響較小。

結(jié)語

(1)通過預測分析可知，導線垂直布置的兩線路采用逆相序排列時地面場強衰減量最大，水平及三角形布置的線路則采用同相序場強衰減量最大。多線路并列架設時，應合理布置各線路相序，加強線路間的屏蔽作用，從而降低地面處的工頻電場。

(2)在線路運行安全和技術可行的條件下，縮短并列架設線路間的距離，不僅可以減少線路走廊占地，在相序布置合理的情況下，還可以有效降低輸電線路下方的工頻電場。

(3)對于擬建的雙(多)回線路首先應考慮自身相序的布置方式，然后根據(jù)線路間電場削減原理，調(diào)整各線路的相序，最大程度地降低地面場強。

(4)由于110kV、220kV輸電線路允許跨越屋頂不為燃燒材料的房屋，因此，在線路走廊上房屋分布比較密集的東部發(fā)達地區(qū)，利用線路間的屏蔽作用來降低線下工頻電場更具現(xiàn)實意義。

(5)預測結(jié)果表明，兩線路并行架設時，線路中心投影外區(qū)域的電場互不影響，場強值基本與僅一條線路時相同。因此在選取類比線路的過程中，若選取的類比線路與其他高壓線路并行架設，其他情況均符合類比要求時，應選取離開其他輸電線路的一側(cè)作為類比路徑進行監(jiān)測。如果類比線路兩側(cè)均存在其他線路，則應根據(jù)各線路的電壓等級、線路間的距離來考慮是否可以將所選線路作為類比線。

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