高压输电线路并列架设空间工频电场

摘 要：利用等效电荷法计算多线路并列架设空间工频电场.结果表明,并列架设输电线路之间的工频电场会出现不同程度的叠加或削减,进而影响线路下方工频电场的强度和变化趋势.提出了多线路并列架设的线路空间布置建议,为输电线路环境影响评价模拟类比线路选取提供参考.

关 键 词：高压输电线；并列架设；工频电场；叠加；相序

中图分类号：TM75文献标识码：A

随着国民经济的飞速发展,土地不断上涨,高压输电走廊日益紧张,与此同时,线路走廊与地方规划、建设的矛盾也越来越突出.为了最大限度地利用高压走廊用地,一条高压输电走廊内多条输电线路并列架设的情况经常出现,尤其在变电站进、出线处则更为常见.由于工频电场是一个矢量,因此不同线路产生的工频电场会相互叠加或削减.笔者利用电磁场计算软件,以有关规范推荐的4kV/m作为工频电场的评价标准,分析多条输电线路并列架设时线路下方电场的变化规律及线路间的相互影响作用.

1电场理论计算模型

高压输电线路附近的场域是一个无界场域,场域介质由单一介质空气组成,一般采用等效电荷法计算超高压输电线路下方空间的场.等效电荷法以静电场的镜像法为基础,将导线表面不均匀且连续分布的电荷用其内部一组等效电荷来代替.等效电荷由矩阵方程[T]等于[a]-1[U]求得,其中[U]和[T]分别是导线上的电压和电荷的列矩阵,而[a]是各导线的电位系数组成的n阶方阵（n为导线数）,可由镜像原理求得.根据等效电荷量,空间任意一点的电场强度可根据叠加原理计算得出,在（x,y）点的电场强度分量Ex和Ey,可表示为：

由于接地架空地线对地面附近场强的影响很小,对500kV单回路水平排列的计算表明,没有架空地线时较有架空地线时的场强增加l%～2%,本文不计架空地线影响而使计算简化.

2计算分析结果

在电力输送中,单、双回线路一般最为常见,因此,本文主要研究该两种类型线路并列架设时空间工频电场的变化情况.

2.1单回线路并列架设

2.1.1水平排列

两条水平排列线路,电压均为220kV,相间距5m,导线对地最低距离10m,导线型号为2×LGJ一300,子导线直径23.76mm,分裂间距400mm.两条线路有6根导线,因此,不同相序排列的组合方式有许多种,本文选择3种有代表性的排列方式（图1）所示.

当两线路中心导线相距20m,线路下方地面处场强分布情况如图1所示.两条导线水平排列的线路相序布置相反时,两线路之间地面处的电场发生叠加,电场总量增加；相序布置一致时,两线路相互屏蔽,电场总量减小.当线路呈方式②布置时,两线路中心导线间20m范围内电场有较大的增强,最大值为4.8kV/m,较仅一条线路时的场强极大值高1.6kV/m,而两线路中心导线外侧电场基本不受影响.当线路排列方式为①时,电场最大削减量为1.4kV/m.

2.1.2正三角排列

两正三角线路并列架设,水平相距8m,上相距两下相的垂直高度4m,导线对地最低高度10m,导线型号2XLGJ一300,子导线直径23.76mm,分裂间距400mm.正三角排列线路下方地面处场强的分布和变化趋势与水平排列线路相似.当两线路中心导线相距20m,且相序排列一致时,线路间电场相互叠加,最大值较仅一条线路时高1.2kV/m.

2.1.3垂直排列

垂直排列的线路一般通过利用双回杆塔的一侧架设走线,设导线对地最低距离9m,垂直相间距4m,导线型号2×LGJ一300,子导线直径23.76mm,分裂间距400mm.两条导线垂直排列的线路相序布置相同时,地面电场相互叠加,总量增加,相序布置相反时,电场因削减而减小.当仅一条垂直排列线路时,地面场强最大值为3.9kV/m,位于线路正下方.当两条垂直排列线路并列架设,中心导线相距10m,且相序布置一致时,地面最大电场强度达4.8kV/m,位于两线路之间.

2.2双回线路并列架设

2.2.1双回垂直布置

导线呈垂直布置的双回线路是一种最常见的双回输电方式,两回线路分别布置在杆塔两侧.线路水平相间距8m,垂直相间距4m,两条双回线路共l2根导线.本文选择6种有代表性的排列方式.当两线路中心相距20m,不同相序排列时的电场分布情况见图2

图中⑤、⑥分别为一条双回线路同、逆相序排列时的电场分布情况.当两条双回线路并列架设,且相序排列一致时,两线路间地面处电场最大增量为0.4kV/m.③、④排列方式时两线路均逆相序布置,不同的是,以方式③排列时,两线路邻近的两回线路相序相对一致,而方式④则相对逆相序.从图2可看出,以线路③方式排列时,两线路中心之间范围内的地面场强明显加强,比仅一条逆相序时的场强最大值高出24%；以线路④方式排列时,地面电场因线路的相互屏蔽而减弱,最大削减量为0.6kV/m.

2.2.2双回水平布置

与导线垂直布置的双回线路不同,水平布置的两回线路导线呈上下布置（见图3）,水平相间距5m,垂直相间距4m.

以图3可知,若两条水平布置的线路并列架设且相序布置相反,那么线路之间地面电场会因相互叠加而增加.当线路呈②方式排列时,叠加后的场强最大值比仅一条同相序排列（上下线路相序布置相同）的双回线路大1.9kV/m.当线路呈①方式排列时,由于各线路相序排列相对一致,因此,两线路中心导线问地面的电场发生较大削减,0m到20m范围内,场强最大值仅为2.1kV/m.③、④两种方式两线路均呈逆相序排列,后者地面工频电场在0～20m范围内较前者大,其他位置基本相等.

2.3不同类型的多线路并列架设

本文以湖南省电力公司220kV威捞线输电线路工程为实例,分析不同类型的多线路并列架设时地面工频电场的分布及变化情况.220kV威捞线位于长沙市境内,部分线路位于城区走线.由于线路走廊紧缺,该线路采用双回路架设.110kV线路导线半径均为11.88mm,220kV线路均为双分裂导线,拟建和已建线路子导线半径分别为16.8mm和11.88mm.为了研究输电线路工频电场对环境的最大影响,本文检测设各线路导线最低点均位于垂直于线路的同一直线上,分别计算玉玉线36种不同导线布置方式时的电场强度,并选取其中3种代表性较强的排列方式为例,排列方式及其计算结果见图4

从图4可看出,拟建线路自身相序排列方式是影响地面工频电场强度和分布的主要因素,同时也影响附近其他线路下方地面处的工频电场.曲线④为玉玉线建设前地面场强分布情况.当线路呈①方式排列时,已建l10kV双回线路与220kV线路下方地面处工频电场有不同程度的加强.由于110kV双回线路与玉玉线距离较近且相序布置完全一致.所以地面电场增量较220kV双回线路大.玉玉线对较远距离的单回110kV线路影响较小.

结语

（1）通过预测分析可知,导线垂直布置的两线路采用逆相序排列时地面场强衰减量最大,水平及三角形布置的线路则采用同相序场强衰减量最大.多线路并列架设时,应合理布置各线路相序,加强线路间的屏蔽作用,从而降低地面处的工频电场.

（2）在线路运行安全和技术可行的条件下,缩短并列架设线路间的距离,不仅可以减少线路走廊占地,在相序布置合理的情况下,还可以有效降低输电线路下方的工频电场.

（3）对于拟建的双（多）回线路首先应考虑自身相序的布置方式,然后根据线路间电场削减原理,调整各线路的相序,最大程度地降低地面场强.

（4）由于110kV、220kV输电线路允许跨越屋顶不为燃烧材料的房屋,因此,在线路走廊上房屋分布比较密集的东部发达地区,利用线路间的屏蔽作用来降低线下工频电场更具现实意义.

（5）预测结果表明,两线路并行架设时,线路中心投影外区域的电场互不影响,场强值基本与仅一条线路时相同.因此在选取类比线路的过程中,若选取的类比线路与其他高压线路并行架设,其他情况均符合类比要求时,应选取离开其他输电线路的一侧作为类比路径进行监测.如果类比线路两侧均存在其他线路,则应根据各线路的电压等级、线路间的距离来考虑是否可以将所选线路作为类比线.