特高壓交流輸電線路對(duì)管道電磁干擾的研究

曾 波，吳昆霖

（1.國(guó)網(wǎng)國(guó)際發(fā)展有限公司 國(guó)網(wǎng)巴控公司，北京 100045；2.國(guó)網(wǎng)國(guó)際發(fā)展有限公司 巴西CPFL公司，北京 100045）

0 引 言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力能源需求迅速增加，但是我國(guó)資源分布與生產(chǎn)力分布很不均衡，因此有必要發(fā)展更高等級(jí)電壓的輸電技術(shù)。同時(shí)，油氣的需求量也越來(lái)越大，油氣管道的敷設(shè)里程逐漸增多，輸電線路與管道平行或交叉的情況也會(huì)越來(lái)越多。輸電線路在埋地管道上產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流，將腐蝕埋地管道，危及工作人員的人身安全。而且特高壓交流輸電在緩解電力供需緊張狀況的同時(shí)也惡化了線路周圍的電磁環(huán)境，使其對(duì)周圍埋地管道的干擾更加嚴(yán)重[1-5]。因此，研究特高壓交流輸電線路的電磁環(huán)境是非常必要的。本文使用CDEGS軟件建立1 000 kV交流輸電線路對(duì)管道電磁干擾的模型，仿真在線路與管道位置不同的情況下（如平行、交叉以及不對(duì)稱交叉等）管道所受到的干擾。

1 特高壓輸電概述

特高壓輸電系統(tǒng)是指交流1 000 kV、直流±800 kV及以上電壓等級(jí)的輸電系統(tǒng)，用電負(fù)荷快速增長(zhǎng)、大容量以及遠(yuǎn)距離輸電的迫切需求直接推動(dòng)了我國(guó)特高壓輸電工程的快速規(guī)劃和建設(shè)。特高壓交流輸電具有傳輸距離遠(yuǎn)、輸送容量大、減少線路損耗、提高電能輸送經(jīng)濟(jì)性以及提高國(guó)家科技自主創(chuàng)新能力等優(yōu)勢(shì)，發(fā)展特高壓輸電是我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的客觀要求。

CDEGS軟件由加拿大SES公司出品，是一套功能強(qiáng)大且高度集成的工程軟件包，它能精確分析包括接地、電磁場(chǎng)以及電磁干擾（包括AC與DC的干擾抑制研究）等問(wèn)題。本文主要利用CDEGS軟件的SESTLC Pro模塊和HIFREQ模塊。通過(guò)查閱文獻(xiàn)可知，1 000 kV輸電線路單回路主要采用三角水平排列的酒杯塔和三角排列的貓頭鷹塔兩種塔型，本文主要研究貓頭鷹塔結(jié)構(gòu)下輸電線路對(duì)管道的電磁干擾。

在仿真模型中，空氣電阻率默認(rèn)是1 018 Ω·m，土壤電阻率默認(rèn)是100 Ω·m。設(shè)特高壓輸電線路額定電壓為1 000 kV，電磁環(huán)境計(jì)算時(shí)所取電壓高出額定電壓5%，即電壓取1 050 kV，電流取4 000 A。

2 不同管線位置下特高壓交流線路對(duì)管道的干擾情況

2.1 改變管道與線路的水平間距

當(dāng)管道與線路并行長(zhǎng)度為1 000 m時(shí)，隨著管道與線路中心的距離增大，管道上最大感應(yīng)電壓先增大再逐漸減小，并趨于穩(wěn)定，電流與電壓趨勢(shì)一樣。當(dāng)管道距離線路中心大約30 m時(shí)，電壓和電流均達(dá)到最大值。隨著間距增大，管道電壓迅速降低，到500 m之后降低幅度很小。當(dāng)管道距離線路中心大約630 m時(shí)，電壓達(dá)到安全限值4 V，再增大管線間距，對(duì)于減小管道干擾水平意義不大，不具有實(shí)際工程意義。

2.2 改變管道與輸電線路的并行長(zhǎng)度

當(dāng)管道距離線路中心30 m時(shí)，改變管道與輸電線路的并行長(zhǎng)度，得出在不同并行長(zhǎng)度情況下管道上所產(chǎn)生的最大感應(yīng)電壓與縱向電流，可以畫出管道電壓和電流與并行長(zhǎng)度之間的關(guān)系曲線。管道上感應(yīng)電壓隨著并行長(zhǎng)度的增大而迅速增大，繼而緩慢減小，最終趨于穩(wěn)定，之后并行長(zhǎng)度再增大，管道感應(yīng)電壓也沒有大幅度的變化。當(dāng)并行長(zhǎng)度在2 000 m左右時(shí)，管道感應(yīng)電壓最大，管道電流的變化趨勢(shì)與電壓相同。因此，在管道防護(hù)中，即使管道與線路并行長(zhǎng)度很長(zhǎng)，也并不意味著對(duì)管道造成的干擾越嚴(yán)重。

2.3 改變交叉角度

在實(shí)際情況中，管道與線路大多是不平行的，即存在線路與管道交叉情況。研究管道與線路交叉情況時(shí)的埋地管道受輸電線路干擾影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。此部分仿真使用CDEGS中的HIFREQ模塊，管道取1 000 m長(zhǎng)，管道中點(diǎn)與線路中心重合。改變管道與輸電線路的交叉角度，得出在不同交叉角度情況下管道上所產(chǎn)生的最大感應(yīng)電壓與縱向電流。管道與輸電線路交叉時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)在管道中點(diǎn)呈對(duì)稱分布，交叉點(diǎn)電勢(shì)最高，然后向管道兩側(cè)逐漸降低，在管道兩端時(shí)略微升高。管道電流分布趨勢(shì)與電壓相同。

隨著管道交叉角度增大，管道電壓和電流減小，當(dāng)管道與線路垂直時(shí)，幾乎不受任何干擾。但是現(xiàn)場(chǎng)中管道中點(diǎn)與線路中心并不總是重合的，當(dāng)管道中點(diǎn)與線路中心不重合時(shí)，仿真在這種情況下改變管道中點(diǎn)沿管道方向到線路中心的距離，研究管道感應(yīng)電勢(shì)和電流的變化規(guī)律。此時(shí)管道長(zhǎng)度為1 000 m，管線交叉45°，當(dāng)管道中點(diǎn)沿管道與線路中心距離是200 m時(shí)，也就是線路將管道分為300 m和700 m兩部分，其他情況相同。管道中點(diǎn)與線路中心不重合交叉時(shí)，管道電壓分布不對(duì)稱，電壓最大值仍出現(xiàn)在交叉位置，分別向兩側(cè)遞減，然后再緩慢上升，當(dāng)管道中點(diǎn)越靠近線路中心時(shí)，管道最大感應(yīng)電勢(shì)和電流越大。因此，實(shí)際工程中應(yīng)盡量避免管道與線路的對(duì)稱交叉情況。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，管道與高壓輸電線路交叉時(shí)，通常將小角度變?yōu)榇蠼嵌群笤俳辉剑瑥亩档洼旊娋€路對(duì)管道的干擾[6-9]。

管道電壓分布曲線與管道中點(diǎn)與線路中心重合交叉的情況相同。當(dāng)交叉角度≤60°時(shí)，管道小角度變大角度與線路交叉，管道所受到的干擾明顯小于管道與線路直接交叉情況。當(dāng)交叉角度≥75°時(shí)，管道小角度變大角度與線路交叉所受到的干擾略大于直接交叉情況。但是，接近90°時(shí)，管道最大電勢(shì)低于4 V，在安全限值以內(nèi)影響不是很大。因此可見，管道小角度變大角度與線路交越，在某種程度而言可以降低管道干擾，但在交叉角度很大時(shí)，反而不適宜采用此種方式進(jìn)行防護(hù)。

3 仿真結(jié)論

特高壓輸電技術(shù)雖然可以遠(yuǎn)距離輸電，輸送容量較大，但卻惡化了線路周圍的電磁環(huán)境，腐蝕周圍埋地管道，因此需要加以重視。

本文使用CDEGS軟件的SESTLC Pro和HIFREQ模塊建立特高壓交流輸電線路對(duì)管道的影響模型，仿真了在不同管線位置下特高壓交流線路對(duì)管道的干擾情況，結(jié)論如下。

一是當(dāng)管道與線路平行時(shí)，隨著管道與線路中心的距離增大，管道上最大感應(yīng)電壓先增大再逐漸減小，電流與電壓趨勢(shì)相同。當(dāng)管道距離線路中心大約30 m時(shí)，電壓和電流均達(dá)到最大值，隨著間距增大，管道電壓迅速降低。二是當(dāng)管道與線路平行時(shí)，管道上感應(yīng)電壓隨著并行長(zhǎng)度的增大而迅速增大，繼而緩慢減小，最終趨于穩(wěn)定。當(dāng)并行長(zhǎng)度在2 000 m左右時(shí)，管道感應(yīng)電壓最大，管道電流的變化趨勢(shì)與電壓相同。三是當(dāng)管道與輸電線路交叉時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)在管道中點(diǎn)呈對(duì)稱分布，交叉點(diǎn)電勢(shì)最高，然后向管道兩側(cè)逐漸降低，電流趨勢(shì)與電壓相同。隨著管道與線路交叉角度增大，管道電壓和電流在減小，當(dāng)管道與線路垂直時(shí)，幾乎不受任何干擾。四是當(dāng)管道中點(diǎn)與線路中心不重合交叉時(shí)，管道電壓分布不對(duì)稱，電壓最大值出現(xiàn)在交叉位置，分別向兩側(cè)遞減。當(dāng)管道中點(diǎn)越靠近線路中心，管道最大感應(yīng)電勢(shì)和電流越大。

4 結(jié) 論

根據(jù)仿真結(jié)果，管道與線路的平行長(zhǎng)度和水平間距及其對(duì)管道的干擾影響有一定的規(guī)律，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況避開峰值。當(dāng)管道以小角度變大角度與線路交叉時(shí)，可以減小管道干擾，現(xiàn)場(chǎng)施工中應(yīng)盡量采取管道小角度變大角度與線路交越或者垂直交越的方式。此外，為減小電磁干擾，應(yīng)盡量保證線路與管道不對(duì)稱交叉。