輸電線(xiàn)路電磁環(huán)境研究進(jìn)展

丁順利，陳小平，蔡萌琦，劉 宇，周林抒，邵俊虎

(1.成都大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，成都 610106； 2.成都大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，成都 610106；3.國(guó)網(wǎng)四川綜合能源服務(wù)有限公司，成都 610016)

0 引 言

目前，隨著國(guó)內(nèi)輸電電網(wǎng)的快速建設(shè)，其規(guī)模的日益擴(kuò)大以及輸電電壓等級(jí)的升高，使得在實(shí)際應(yīng)用中已完成并處于運(yùn)行狀態(tài)的高壓與特高壓供電系統(tǒng)中，出現(xiàn)電磁場(chǎng)強(qiáng)度增大、電暈損耗增多與無(wú)線(xiàn)電干擾增強(qiáng)等現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)輸電線(xiàn)路周邊的環(huán)境造成一定的影響.在某種程度上，電磁環(huán)境的影響已成為限制輸電線(xiàn)路建設(shè)和確保居民正常生活的重要因素之一.在實(shí)際工程中，常見(jiàn)的輸電線(xiàn)路電磁環(huán)境參數(shù)包括工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)以及無(wú)線(xiàn)電干擾，故在輸電線(xiàn)路的具體設(shè)計(jì)時(shí)，通常根據(jù) 《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 輸變電》(HJ 24—2020)與《電磁環(huán)境控制限值》(GB 8702—2014)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-2]， 進(jìn)行電磁環(huán)境控制限值的取值.其中：對(duì)工頻電場(chǎng)，居民區(qū)的工頻電場(chǎng)不大于4 kV/m；對(duì)工頻磁場(chǎng)，工頻磁場(chǎng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為0.1 mT；對(duì)無(wú)線(xiàn)電干擾，當(dāng)電壓等級(jí)為110 kV時(shí)，干擾限值允許值為46 dB，當(dāng)電壓等級(jí)為220～330 kV時(shí)，干擾限值允許值為53 dB，當(dāng)電壓等級(jí)為500 kV時(shí)，干擾限值允許值為55 dB.對(duì)此，本研究針對(duì)輸電線(xiàn)路電磁環(huán)境已有的研究成果，從計(jì)算方法、電壓等級(jí)與主要影響因素3個(gè)方面展開(kāi)對(duì)工頻電磁場(chǎng)的生態(tài)效應(yīng)的綜述，并給出改善輸電線(xiàn)路電磁環(huán)境的相關(guān)措施，以對(duì)當(dāng)前輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，擬為輸電線(xiàn)路的工程設(shè)計(jì)與施工建設(shè)提供相關(guān)參考.

1 電磁場(chǎng)強(qiáng)度的不同計(jì)算方法

由于輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的電磁環(huán)境變化對(duì)自然環(huán)境的影響極大，對(duì)此必須采取有效措施進(jìn)行限制.研究表明，只有輸電線(xiàn)路的工頻電磁場(chǎng)的取值達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，才會(huì)減緩其對(duì)線(xiàn)路周邊環(huán)境的影響，從而確保居民的正常生活.因此，工程人員在輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)必須要準(zhǔn)確計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)表面的電磁場(chǎng)強(qiáng)度.目前，常見(jiàn)的計(jì)算方法包括有限元法、模擬電荷法、矩量法以及邊界元法[3-4].

李慧慧等[5]采用有限元法求解了輸電線(xiàn)路的電場(chǎng)分布，其使用EFA-300型電磁場(chǎng)分析儀，以國(guó)內(nèi)某條電壓等級(jí)為500 kV的超高壓輸電線(xiàn)路附近的建筑物為目標(biāo)，并在建筑物及其周邊設(shè)立多個(gè)分量，對(duì)這些分量的工頻電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)ANSYS分析工具進(jìn)行3D建模仿真分析，得出的仿真結(jié)果與測(cè)量結(jié)果基本吻合，據(jù)此可確定其測(cè)量與計(jì)算的有效性.同時(shí)，在對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，該研究還總結(jié)出了超高壓輸電線(xiàn)附近建筑物及其附近的工頻畸變電場(chǎng)分布情況.楊彬等[6]研究了輸電線(xiàn)路下建筑物及其鄰近區(qū)域的電場(chǎng)分布.其研究發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)改變建筑物周?chē)课莸臉?gòu)造來(lái)降低工頻電場(chǎng)的影響.陳楠等[7-8]以模擬電荷法和畢奧—薩瓦定律為基礎(chǔ)，采用懸鏈線(xiàn)方程的方法構(gòu)建了輸電導(dǎo)線(xiàn)的三維電磁場(chǎng)通用計(jì)算模型，使得高壓輸電線(xiàn)路和交叉跨越輸電線(xiàn)路的工頻電磁場(chǎng)得以精確計(jì)算，并論證了該模型的有效性.同時(shí)，基于該方法進(jìn)一步研究了交叉跨越導(dǎo)線(xiàn)周?chē)墓ゎl電磁場(chǎng)分布，分析了導(dǎo)線(xiàn)排列和相位變化對(duì)工頻電磁場(chǎng)分布的影響規(guī)律，其研究認(rèn)為：當(dāng)交叉角變大時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)下方的電磁場(chǎng)逐漸減小；電磁場(chǎng)的三相最大值不會(huì)隨著導(dǎo)線(xiàn)相序的改變而改變；最大強(qiáng)度的電場(chǎng)往往在同相導(dǎo)線(xiàn)投影交叉點(diǎn)的附近出現(xiàn)，而工頻磁場(chǎng)的最大值則出現(xiàn)在跨越導(dǎo)線(xiàn)中相與被跨導(dǎo)線(xiàn)邊相投影交叉處.郝建紅等[9]利用半數(shù)值法研究了高壓直流輸電導(dǎo)線(xiàn)在不同線(xiàn)型時(shí)其表面的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，對(duì)圓絞線(xiàn)和型線(xiàn)進(jìn)行了類(lèi)比研究，并把最外層鋁線(xiàn)數(shù)量與導(dǎo)線(xiàn)半徑不同變量的影響因素考慮在內(nèi)，對(duì)這2種線(xiàn)型下的電場(chǎng)強(qiáng)度分布進(jìn)行了分析，最后得出了2種線(xiàn)型下的電場(chǎng)強(qiáng)度分布規(guī)律，并驗(yàn)證了半數(shù)值法的有效性.

相關(guān)研究表明，針對(duì)輸電線(xiàn)路工頻電磁場(chǎng)僅利用單一的計(jì)算方法各有優(yōu)缺點(diǎn).對(duì)此，許多學(xué)者根據(jù)具體的工程實(shí)際情況，采用了兩兩結(jié)合的計(jì)算方法來(lái)求解工頻電磁場(chǎng)的分布.例如，黃韜等[10]分析對(duì)比了矩量法和模擬電荷法計(jì)算電磁場(chǎng)的優(yōu)劣，認(rèn)為對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，模擬電荷的設(shè)置存在很大難度，其限制了模擬電荷法的使用范圍和通用性，而矩量法則不存在此類(lèi)設(shè)置問(wèn)題，故其采用矩量法來(lái)計(jì)算輸電線(xiàn)路工頻電磁場(chǎng)，同時(shí)其研究還對(duì)輸電線(xiàn)路進(jìn)行了多方面優(yōu)化設(shè)計(jì)，如優(yōu)化相序組合、控制最小對(duì)地高度以及增加屏蔽措施等.蘭生等[11]考慮了輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)弧垂的影響，采用有限元分析方法和三維模型相結(jié)合，計(jì)算了直導(dǎo)線(xiàn)模型和帶弧垂的實(shí)際線(xiàn)路模型的三維電磁場(chǎng)，通過(guò)對(duì)比2種線(xiàn)路模型的工頻電磁場(chǎng)的仿真結(jié)果，得出了考慮導(dǎo)線(xiàn)弧垂的影響能更好地反映輸電線(xiàn)路下方磁場(chǎng)的橫向和縱向變化的結(jié)論.同時(shí)，其研究還考慮了導(dǎo)線(xiàn)弧垂的三維模型，相對(duì)而言更能符合實(shí)際狀況并完整分析展現(xiàn)了空間中導(dǎo)線(xiàn)周?chē)碾姶艌?chǎng)，這種計(jì)算方法使計(jì)算結(jié)果更貼近真實(shí)數(shù)值.Zilberti等[12]分析了沿公路敷設(shè)的由2對(duì)地下電纜組成的高壓直流輸電線(xiàn)路的磁場(chǎng)輻射，通過(guò)混合有限元與邊界元方法對(duì)環(huán)境中產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行了分析，并對(duì)工頻電磁場(chǎng)進(jìn)行了具體計(jì)算.其研究考慮了不同的敷設(shè)配置、導(dǎo)體布置和供電條件，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的電磁干擾和人體暴露于磁場(chǎng)的情況進(jìn)行了評(píng)估，分析了輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境，討論了降低工頻電磁場(chǎng)的相應(yīng)措施.

此外，隨著電力需求的不斷提高，電壓等級(jí)的不斷升高，輸電線(xiàn)路中的電磁環(huán)境問(wèn)題也愈發(fā)復(fù)雜，針對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算方法在計(jì)算電磁場(chǎng)強(qiáng)度方面的局限性，學(xué)者們不斷探索利用新的研究方法來(lái)分析輸電線(xiàn)路中的電磁場(chǎng)分布.例如，Mazzanti[13]首先回顧了電力線(xiàn)路磁場(chǎng)計(jì)算的基本原理，并表明正確使用歷史負(fù)載數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于將住宅磁場(chǎng)與線(xiàn)路負(fù)載圖相關(guān)聯(lián)至關(guān)重要；然后針對(duì)具有獨(dú)立電路的交流雙回路架空輸電線(xiàn)路，提出了創(chuàng)新的啟發(fā)式公式，使得線(xiàn)路數(shù)據(jù)庫(kù)可以更容易、更快速地用于計(jì)算線(xiàn)路電流之間的相移效應(yīng).該公式通過(guò)一次固定負(fù)荷計(jì)算，提供了線(xiàn)路參考運(yùn)行期的中值/平均磁場(chǎng)的較好近似值，其研究方法已成功應(yīng)用于現(xiàn)有線(xiàn)路分析中.宋福根等[14]通過(guò)實(shí)測(cè)的方法對(duì)特高壓導(dǎo)線(xiàn)上方電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算，其采用小型無(wú)人機(jī)對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行實(shí)測(cè)，再通過(guò)Ansoft分析工具進(jìn)行仿真計(jì)算，經(jīng)過(guò)數(shù)值對(duì)比，認(rèn)定實(shí)測(cè)的方法具有實(shí)際可行性，這為進(jìn)一步研究輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境提供了有益的參考方案.趙鵬等[15]分析計(jì)算了水平導(dǎo)線(xiàn)上的交變電流產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，其通過(guò)索末菲爾德水平偶極子場(chǎng)理論來(lái)構(gòu)建電場(chǎng)強(qiáng)度的基本計(jì)算模型，進(jìn)而推導(dǎo)出水平導(dǎo)線(xiàn)上的交變電流，并根據(jù)其周?chē)臻g的電場(chǎng)強(qiáng)度的垂直分量表達(dá)式，使得電場(chǎng)強(qiáng)度水平分量和垂直分量的表達(dá)方法得到了統(tǒng)一.通過(guò)該表達(dá)式，工程人員能準(zhǔn)確地知道各個(gè)參量之間的相互關(guān)系和作用，這不失為工程數(shù)值計(jì)算的一種較好方法.

2 不同電壓等級(jí)下電磁環(huán)境分析

2.1 高 壓

目前，在輸電線(xiàn)路工程中，高壓的劃分范圍為110～220 kV，而跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離和大規(guī)模電能輸送的載體起源就是高壓輸電，故有必要針對(duì)高壓輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境進(jìn)行研究.對(duì)此，王群等[16]對(duì)110 kV高壓輸電線(xiàn)路的電磁場(chǎng)進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，其通過(guò)模擬電荷法和數(shù)學(xué)模型計(jì)算了工頻電場(chǎng)，而工頻磁場(chǎng)則利用疊加原理計(jì)算得出.其計(jì)算結(jié)果表明：電場(chǎng)強(qiáng)度主要由垂直分量決定，水平分量對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度造成的波動(dòng)不大；而磁感應(yīng)強(qiáng)度則由水平和垂直兩者共同決定，并在不同階段起不同作用.同時(shí)，在對(duì)工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試分析中，給出了電磁環(huán)境的相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度受周?chē)h(huán)境、天氣及溫度等影響，并發(fā)現(xiàn)用電量高峰期磁感應(yīng)強(qiáng)度較大.

此外，Radulovic等[17]通過(guò)應(yīng)用人工智能技術(shù)計(jì)算了一條典型的110 kV輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的磁場(chǎng)，以確定電力線(xiàn)路附近區(qū)域的電磁環(huán)境，其研究證實(shí)了在該輸電線(xiàn)路區(qū)域逗留時(shí)間較長(zhǎng)的人員存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn).其進(jìn)一步研究預(yù)測(cè)和分析了位于限定區(qū)域內(nèi)與距地面不同特定高度的假想房屋內(nèi)的磁場(chǎng)分布，揭示了輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)居住環(huán)境的影響.

2.2 超高壓

工程中，超高壓的劃分范圍為330～750 kV.由于我國(guó)現(xiàn)存的輸電線(xiàn)路以超高壓線(xiàn)路居多，對(duì)此，許多學(xué)者針對(duì)超高壓線(xiàn)路實(shí)際工況下的電磁環(huán)境進(jìn)行了研究.例如，許丹等[18]以模擬電荷法為基礎(chǔ)，構(gòu)建出了架空線(xiàn)路下的電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算模型，得出了計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度的公式，并對(duì)國(guó)內(nèi)某條500 kV輸電線(xiàn)路進(jìn)行了研究，實(shí)際計(jì)算并測(cè)量了其工頻電場(chǎng)強(qiáng)度，其研究認(rèn)為：在線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)，在保障預(yù)算的情況下，應(yīng)盡可能提高導(dǎo)線(xiàn)的架設(shè)高度，且采用緊湊型線(xiàn)路的模式，如設(shè)計(jì)成倒三角形式，這樣可以最大程度地降低工頻電場(chǎng)強(qiáng)度，并節(jié)約線(xiàn)路走廊.同時(shí)，在設(shè)計(jì)穿越居民區(qū)的輸電線(xiàn)路時(shí)，對(duì)于同一鐵塔上架設(shè)雙回或多回路輸電線(xiàn)路時(shí)應(yīng)盡可能采取逆相序排列的方式.馬曉倩等[19]針對(duì)500 kV輸電線(xiàn)路進(jìn)行了研究，其研究分別采用基于美國(guó)電力科學(xué)研究院 (Electric Power Research Institute，EPRI)的推薦公式與國(guó)際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì) (International Special Committee on Radio Interference，CISPR)的經(jīng)驗(yàn)公式以及疊加原理進(jìn)行輸電線(xiàn)路的可聽(tīng)噪聲和無(wú)線(xiàn)電干擾的計(jì)算，并研究了在不同型號(hào)導(dǎo)線(xiàn)和不同極導(dǎo)線(xiàn)排列方式下的影響，再采用基于上流有限元法的合成電場(chǎng)數(shù)值算法計(jì)算分析了采用不同導(dǎo)線(xiàn)時(shí)同塔三回直流輸電線(xiàn)路的地面合成電場(chǎng)，確定了不同極導(dǎo)線(xiàn)排列方式下滿(mǎn)足地面合成電場(chǎng)限值要求的導(dǎo)線(xiàn)最小高度.其研究表明，選擇合適的極導(dǎo)線(xiàn)排列方式能降低超高壓輸電線(xiàn)路對(duì)電磁環(huán)境的影響.

此外，陳湘鵬等[20]對(duì)±660 kV直流輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境進(jìn)行了研究，其采用基于Deutecsh假設(shè)的解析法對(duì)合成電場(chǎng)和電子流密度進(jìn)行計(jì)算，并采用CISPR經(jīng)驗(yàn)公式及EPRI推薦公式分別對(duì)無(wú)線(xiàn)電干擾和可聽(tīng)噪聲進(jìn)行了計(jì)算，分析了天氣、線(xiàn)路結(jié)構(gòu)參數(shù)和海拔高度等因素對(duì)±660 kV直流輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境影響，其計(jì)算結(jié)果表明，上述3種因素都對(duì)電磁環(huán)境有一定的影響.郭天偉等[21]研究了750 kV/330 kV混壓同塔四回輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境，其依據(jù)模擬電荷法計(jì)算了該輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)下的工頻電場(chǎng)，采用畢奧—薩瓦定律計(jì)算了工頻磁場(chǎng)，通過(guò)激發(fā)函數(shù)法計(jì)算了線(xiàn)路的無(wú)線(xiàn)電干擾，同時(shí)運(yùn)用美國(guó)邦納維爾電力局 (Bonneville Power Administration，BPA)的推薦公式進(jìn)行了可聽(tīng)噪聲的計(jì)算，并采用控制變量法對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)地分析，包括不同的導(dǎo)線(xiàn)相序布置、不同的分裂間距以及不同的桿塔呼稱(chēng)高.其計(jì)算結(jié)果表明：導(dǎo)線(xiàn)分裂距離的大小對(duì)電磁場(chǎng)強(qiáng)度影響很小；桿塔呼稱(chēng)高與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度及無(wú)線(xiàn)電干擾呈反比關(guān)系，都隨著桿塔呼稱(chēng)高的增加而減小.

2.3 特高壓

目前，特高壓劃分范圍為1 000 kV交流與±800 kV直流以上.特高壓輸電是目前世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大與輸送距離最遠(yuǎn)的輸電工程，它代表了當(dāng)今高壓交直流輸電技術(shù)的最高水平.因此，特高壓下的輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境問(wèn)題引起了科研人員的高度重視.例如，吳高波等[22]研究了±800 kV與±500 kV同塔雙回直流輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境，其研究基于Deutsch假設(shè)、經(jīng)驗(yàn)公式與逐次鏡像法等對(duì)輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境進(jìn)行了計(jì)算，并采用控制變量法通過(guò)改變桿塔的塔型、輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)的型號(hào)、輸電線(xiàn)之間的距離以及導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地高度等參數(shù)，對(duì)不同條件下的電磁環(huán)境進(jìn)行了計(jì)算和分析.其研究發(fā)現(xiàn)：對(duì)于不同塔型，采用同極異側(cè)布置的導(dǎo)線(xiàn)，所需的最小對(duì)地高度較高，走廊寬度明顯減小；在同極異側(cè)塔型情況下，對(duì)于地面合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度而言，增大導(dǎo)線(xiàn)截面，±500 kV導(dǎo)線(xiàn)比±800 kV導(dǎo)線(xiàn)減小得更為明顯，且無(wú)線(xiàn)電干擾也隨導(dǎo)線(xiàn)截面的增大而減小；改變線(xiàn)間距對(duì)地面合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度幾乎都不產(chǎn)生影響，但改變水平和垂直線(xiàn)間距會(huì)對(duì)無(wú)線(xiàn)電干擾造成反比變化趨勢(shì)，并且導(dǎo)線(xiàn)架設(shè)越高，使得地面的合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度均越小，無(wú)線(xiàn)電干擾也會(huì)隨之減小，但波動(dòng)不大.

此外，劉澤洪[23]在超高壓基礎(chǔ)上對(duì)±1100 kV直流特高壓輸電線(xiàn)路進(jìn)行了研究，其通過(guò)改變導(dǎo)線(xiàn)的型式、極導(dǎo)線(xiàn)間距、高度與走廊寬度等措施來(lái)控制輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境.杜慶中等[24]針對(duì)1000 kV/500 kV同塔混壓四回交流輸電線(xiàn)路電磁暴露安全問(wèn)題進(jìn)行了評(píng)估，其利用有限元多物理場(chǎng)仿真軟件COMSOL對(duì)輸電線(xiàn)路的電磁場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算，并重點(diǎn)分析了導(dǎo)線(xiàn)相序排列對(duì)電磁環(huán)境的影響.

3 電磁環(huán)境影響因素與改善措施

3.1 線(xiàn)路特征

輸電線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)是影響導(dǎo)線(xiàn)電暈放電的主要因素，而電暈會(huì)伴隨電暈損耗與無(wú)線(xiàn)電干擾產(chǎn)生.可見(jiàn)，工頻電場(chǎng)的大小對(duì)電磁環(huán)境產(chǎn)生了較大的影響.相關(guān)研究表明，影響電磁環(huán)境的因素眾多，包括均壓環(huán)、導(dǎo)線(xiàn)結(jié)構(gòu)與分裂導(dǎo)線(xiàn)排列順序等.

王黎明等[25]研究了是否安裝均壓環(huán)情況下復(fù)合絕緣子的電場(chǎng)分布，采用有限元法并建立三維模型，其研究認(rèn)為：配置合適的均壓環(huán)可以有效改善合成絕緣子軸向電位分布的不均勻性，并能有效控制金具端部附近的場(chǎng)強(qiáng)；絕緣子傘裙對(duì)軸向電位和電場(chǎng)分布的計(jì)算結(jié)果影響不大，而懸掛導(dǎo)線(xiàn)會(huì)對(duì)復(fù)合絕緣子沿串電場(chǎng)分布的計(jì)算結(jié)果造成一定的影響.此外，其研究還通過(guò)比較復(fù)合絕緣子在塔窗內(nèi)的2種懸掛方式(V型和I型)下的電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2種懸掛方式下的絕緣子的軸向電場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)有明顯差異，V型串內(nèi)部的空間電位分布相對(duì)均勻.

Huang等[26]利用ANSYS分析工具獲得了工頻電磁場(chǎng)的分布，并討論了線(xiàn)路結(jié)構(gòu)、垂直高度和相間距離對(duì)工頻電磁場(chǎng)分布的影響.此外，還對(duì)線(xiàn)路周邊人員等的靜電感應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算和分析，例如人體周?chē)幕冸妶?chǎng)、人體內(nèi)的感應(yīng)電流密度以及雨天電場(chǎng)的特殊特性.其研究結(jié)果表明：電場(chǎng)強(qiáng)度可以被有效地通過(guò)在一定程度上增加導(dǎo)線(xiàn)的高度來(lái)控制，而與相鄰導(dǎo)線(xiàn)相位之間的距離不太相關(guān)；雨天和霧天的電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間波動(dòng)較大；電場(chǎng)的強(qiáng)度在人體表面呈不規(guī)則分布，尤其在頭部隨著變形而增大.該研究結(jié)果和結(jié)論可作為特高壓交流輸電線(xiàn)路電磁環(huán)境評(píng)估的重要參考.張喜潤(rùn)等[27]則研究了異型分裂導(dǎo)線(xiàn)對(duì)電磁環(huán)境的影響，其基于有限元法分析了橢圓形模型下的四、六與八分裂導(dǎo)線(xiàn)的導(dǎo)線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到最優(yōu)時(shí)的最佳長(zhǎng)短比例，使得輸電線(xiàn)路各參數(shù)趨于均衡與電磁環(huán)境更加優(yōu)化，此項(xiàng)研究結(jié)果將為優(yōu)化分裂導(dǎo)線(xiàn)的電磁環(huán)境提供相關(guān)參考.

另外，Zhang等[28]為了緩解交流電長(zhǎng)期運(yùn)行所導(dǎo)致的輸電導(dǎo)線(xiàn)的電暈放電和電磁環(huán)境問(wèn)題，分析了輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)使用年限與電磁環(huán)境的關(guān)系，其研究選擇了幾條長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)的導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行電暈籠實(shí)驗(yàn).根據(jù)電暈籠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：電暈放電隨著外加電壓的提高而變得更加嚴(yán)重；不同營(yíng)運(yùn)年限導(dǎo)線(xiàn)之間的電磁環(huán)境差異較大；隨著使用年限的延長(zhǎng)，電暈放電和電磁噪聲的影響變得更加嚴(yán)重.該試驗(yàn)證明了輸電線(xiàn)路的營(yíng)運(yùn)年限對(duì)電磁環(huán)境有著極其重要的影響.

3.2 覆冰環(huán)境

研究發(fā)現(xiàn)，輸電線(xiàn)路絕緣子的覆冰威脅著電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性.對(duì)此，韓興波等[29]和謝慶等[30]分別對(duì)輸電線(xiàn)路覆冰問(wèn)題進(jìn)行了研究.前者研究的重點(diǎn)是空氣中的水滴運(yùn)動(dòng)，分析了水滴從接觸絕緣子開(kāi)始，到在絕緣子表面形成覆冰的整個(gè)過(guò)程，以及絕緣子表面直流電場(chǎng)的影響規(guī)律，通過(guò)人工覆冰試驗(yàn)，驗(yàn)證了直流電場(chǎng)在不同情況下對(duì)復(fù)合絕緣了表面覆冰的影響，并對(duì)覆冰速率及覆冰形態(tài)進(jìn)行了分析.相對(duì)于不帶電的環(huán)境，在帶電干增長(zhǎng)覆冰條件下，復(fù)合絕緣子表面的覆冰會(huì)顯得更加粗糙而不光滑，覆冰也會(huì)朝著各個(gè)方向增長(zhǎng).雖然電場(chǎng)在濕增長(zhǎng)覆冰條件下對(duì)復(fù)合絕緣子覆冰速率影響較小，但是電場(chǎng)的存在會(huì)使得覆冰彎曲生長(zhǎng).其研究表明，在帶電條件下，覆冰現(xiàn)象更明顯，導(dǎo)致電場(chǎng)強(qiáng)度增大，造成電磁環(huán)境的影響加劇.而后者則是全面研究了覆冰對(duì)整個(gè)電磁環(huán)境的影響.其研究采用控制變量法，通過(guò)改變相關(guān)變量，如輸電線(xiàn)路間的距離、分裂導(dǎo)線(xiàn)根數(shù)、子導(dǎo)線(xiàn)外徑、分裂間距以及輸電線(xiàn)的高度，分析了電磁環(huán)境在不同參數(shù)下的變化，并對(duì)比了有覆冰和無(wú)覆冰情況下的差異.其研究表明，輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)的覆冰會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)表面和導(dǎo)線(xiàn)下方的電場(chǎng)強(qiáng)度出現(xiàn)明顯增大，并嚴(yán)重影響電場(chǎng)強(qiáng)度，甚至造成輸電線(xiàn)路的畸變，但線(xiàn)路周?chē)拇艌?chǎng)分布卻幾乎不受覆冰影響，而主要受輸電線(xiàn)路的自身弧垂的影響.

3.3 電磁環(huán)境改善措施

研究表明，為控制或降低輸電線(xiàn)路對(duì)周邊電磁環(huán)境的影響，工程人員在設(shè)計(jì)與架設(shè)高壓輸電線(xiàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)輸電線(xiàn)路進(jìn)行合理規(guī)劃，且線(xiàn)路應(yīng)盡量避開(kāi)居民區(qū)、人口密集區(qū)及環(huán)境影響區(qū)[31].同時(shí)，在條件允許的情況下，還可采取有針對(duì)性的措施來(lái)改善輸電線(xiàn)路對(duì)電磁環(huán)境的影響.

1)輸電線(xiàn)路的工頻電場(chǎng).輸電線(xiàn)路的電場(chǎng)強(qiáng)度主要取決于導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地高度、相導(dǎo)線(xiàn)的布置方式、導(dǎo)線(xiàn)分裂數(shù)以及導(dǎo)線(xiàn)相序的排列方式等[32].因此，在輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)可以采取提高導(dǎo)線(xiàn)的對(duì)地高度以及改變導(dǎo)線(xiàn)相序排列等手段來(lái)減小工頻電場(chǎng)；其次，對(duì)于單回線(xiàn)路可采用倒三角形布置，而雙回線(xiàn)路則采用逆相序排列方式[33]，這樣做既可以有效地減小輸電線(xiàn)路下方的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值，又可以節(jié)省線(xiàn)路走廊；第三，可以把線(xiàn)路設(shè)計(jì)為緊湊型，同時(shí)在輸電線(xiàn)路下方種植針對(duì)性的樹(shù)木來(lái)降低工頻電場(chǎng)的影響[34].

2)輸電線(xiàn)路的工頻磁場(chǎng).首先，架高輸電線(xiàn)能減小輸電線(xiàn)路下方的工頻磁場(chǎng)；其次，改變相序、增加桿塔呼稱(chēng)高也可以減小磁感應(yīng)強(qiáng)度值[35]；再次，減小輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)的弧垂，這樣做既能降低工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度，還能有效節(jié)約成本，同時(shí)，把受到影響的輸電線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)、通訊線(xiàn)改為電纜；最后，輸電線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)排列方式采用倒三角方式排列[36].

3)輸電線(xiàn)路的無(wú)線(xiàn)電干擾.首先，增加輸電線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地高度，改變導(dǎo)線(xiàn)直徑、導(dǎo)線(xiàn)相間距與導(dǎo)線(xiàn)的分裂根數(shù)；其次，調(diào)整導(dǎo)線(xiàn)截面積及減小導(dǎo)線(xiàn)分裂間距都能減小輸電線(xiàn)路下方的無(wú)線(xiàn)電干擾值[37]；第三，可以改變相序布置，增加桿塔呼稱(chēng)高，即通過(guò)減小磁場(chǎng)強(qiáng)度從而間接降低無(wú)線(xiàn)電干擾[38].

4 總 結(jié)

本研究結(jié)合工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)及無(wú)線(xiàn)電干擾3種電磁環(huán)境參數(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究對(duì)輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境就其計(jì)算方法、影響因素及防護(hù)措施等方面取得的研究成果進(jìn)行了詳細(xì)的回顧與分析.本研究認(rèn)為，計(jì)算輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境的方法包括有限元法、模擬電荷法、矩量法、積分法以及半數(shù)值法等，其各有優(yōu)缺點(diǎn).因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)不同的輸電線(xiàn)路來(lái)選擇合適的方法.由于不同電壓等級(jí)下的電磁環(huán)境影響規(guī)律雖然相同，但其影響程度不同，所以要參照不同的電壓等級(jí)來(lái)采取相應(yīng)措施，且隨著電壓等級(jí)的增大，防護(hù)措施也應(yīng)隨之進(jìn)行研究與改進(jìn).事實(shí)上，電磁環(huán)境的影響因素眾多，例如覆冰環(huán)境會(huì)加劇對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的影響，對(duì)此還需進(jìn)一步對(duì)覆冰問(wèn)題深入研究.

本研究認(rèn)為，加大對(duì)輸電線(xiàn)路電磁環(huán)境的進(jìn)一步的研究，人們就能更好地掌握其規(guī)律來(lái)制訂更為合理有效的安全防護(hù)措施.有理由相信，未來(lái)的特高壓輸電線(xiàn)路建設(shè)工程在規(guī)劃、設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用中將會(huì)更加合理與科學(xué).