输电线路电磁环境计算方法的研究

华中科技大学硕士学位论文输电线路电磁环境计算方法的研究姓名：谢静申请学位级别：硕士专业：高电压与绝缘技术指导教师：戴玲20090530华中科技大学硕士学位论文I摘要随着我国电力工业的发展，输电线路电压等级不断提高，随之带来的电磁环境问题引起了社会各方面的关注。输电线路电磁环境参数包括电场、磁场、无线电干扰和可听噪声四个方面。本文针对这四个方面，分别进行了详细的研究。针对每个电磁环境参数，分别介绍了其理论计算方法及相关限值等。针对输电线路标称电场，包括其表面电场和线下电场，介绍了两种不同的计算方法：Markt-Megele法和逐步镜像法，说明了二者之间的区别。讨论了子导线半径、分裂数、导线高度和相间距离对输电线表面电场和线下电场的影响，并进行了相应的分析，提出了减小电场的措施。对输电线路工频磁场的计算也进行了相应的介绍。针对直流输电线路，具体介绍了Deutsch法计算地面合成电场和离子流密度的方法，讨论了同塔双回实验线路四种不同的极性结构对地面合成电场的影响，并进行了相应的计算和分析。针对输电线路的无线电干扰，介绍了经验公式和激发函数两种不同的计算方法，并进行了相应的计算。对输电线路可听噪声的计算方法也进行了介绍。根据上述输电线路电磁环境理论计算方法的研究，采用VC++编程，开发了输电线路电磁环境计算软件，可计算任意回路数、任意杆塔形式、任意导线排列方式的输电线路电磁环境计算软件。关键词：输电线路；电磁环境；计算软件华中科技大学硕士学位论文IIAbstractWiththedevelopmentofelectricpowerindustry,thevoltagerankoftransmissionlinesiscontinuouslyraised.Peoplearepayingincreasingattentiontotheinfluenceofelectromagneticenvironmentoftransmissionlinesaccordingly.Theelectromagneticparameterofpowertransmissioninclude:electricalfield,magneticfield,radioinference(RI)andaudiblenoise(AN).Thispapermakesdetailresearchonthefourelectromagneticparameter.Thispaperintroducestheoreticalcalculationmethodandtheirstandardsforeachelectromagneticenvironmentparameter.Forthenormalelectricfield,includingsurfaceelectricfieldandthefielddistributionunderthetransmissionlines,twodifferentmethods:Markt-Megeleandsuccessiveimagesareinducedtocalculatetheelectricfieldandthediffererceofthetwomethodsispresented.Thispaperanalyzestheinfluenceofsub-conductorradius,numberofsub-conductors,lineheighttogroundandconductorinter-spacingonsurfaceelectricfieldandtheelectricfieldundertransmissionlinesandemphasizesonthemitigationmethodoftheelectricfield.Thecalculationofpowerfrequencymagneticfieldundertransmissionlinesisalsointroduced.Thetotalelectricfieldandioncurrentdensityundertransmissionlinesisdetailedintroduced.Thispaperdiscussestheimpactsofdouble-circuitDCexperimentallinewithdifferentpolearrangementsonthetotalelectricfieldongroundlevelanddoessomecalculationsandanaysis.ThispaperintroducestwodifferentmethodsofexperientialformulaandgenerationfunctionforcalculatingRIoftransmissionlines.Also,itpresentesthemethodofAN.Basedontheanaylsisoftheoreticalcalculationmethod,calculationsoftwareofelectromagneticenvironmentoftransmissionlinesisdevelopedwithVC++whichcancalculationtransmissionlinesofdifferentcircuits,differentconfigurationoftoweranddifferentconductordisposal.Keywords:transmissionlines;electromagneticenvironment;calculationsoftware独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1研究背景及意义过去的几十年是我国电力工业飞速发展的时期。从新中国成立到现在，我国的装年底这一数字已达到4.39亿kW，年平均增长率超过10%。但由于我国人口基数大，截止到2003年，我国的人均装机仅为0.3kW，不到世界平均水平的一半，因此我国的用电需求仍有很大的增长空间[1~4]。随着我国电力负荷的增长，同时由于资源配置和能源分布不均导致远距离、大容量输电需求增加，系统运行电压等级不断提高。1972年我国建成第一回330kV线路，1981年建成第一回500kV交流线路，1989年建成第一回±500kV直流线路，2005年底在西北电网建成第一回750kV交流线路。随着电压等级的提高，我国的网络规模也不断扩大，现在全国形成了6个大型区域电网，即东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网[5~9]。随着大规模电厂的建设，以及高压、超高压输电线和变电站的数目日益增多，环境问题变得日益突出，主要表现在土地的利用、电晕带来的通信干扰，以及可听噪声、工频电磁场对生态的影响等方面。随着输电线路电压等级的提高，导线表面以及周围空间电场强度变大，而高压输电线路导致的电晕现象和强电场效应对人体和生态环境是否会带来危害，一直是人们非常关心的问题[10~13]。目前对于交流输电线路地面工频电磁场、直流线路线下地面合成电场和离子流密度、无线电干扰和可听噪声水平可以通过计算或实测得到。但由于我国电网发展速度很快，不可能逐条线路进行实测，同时在实际测量的过程中，天气、测量工具等因素均会对测量结果的准确性产生影响，因此对输电线路的电磁环境进行理论计算，意义是十分重大的。同时，在实际线路设计的过程中，输电线路电磁环境是否满足环保护要求，是线路能否通过评审的重要指标，更需要对其进行计算，得到较为准确的数据，对线路的设计提供依据[14~16]，以便能够优化线路结构，使设计的参数确保满足生态环境安全，使输电线路各项电磁环境参数限制在生态环境允许值之内。华中科技大学硕士学位论文21.2高压输电对环境的影响高压输电有很多的优点，但由于其电压等级高，导线表面电场及输电线周围空间的电场均很高，这样的强电场对人的生理和心理均有影响，同时还会引起如无线电、电视的干扰和可听噪声等环境问题[10~15]。（1）强电场对人的影响从1972年，苏联报道关于超高压变电站工人反映电场对身体有影响的报告后，在世界各国引起了很大的波动，并且展开了大量的试验研究，但是到现在为止也没有得到一致的结论[11,17]。近年来，人们开始关注居住地区的工频电磁场对健康的影响，并开展了许多工频电磁场与流行病学的研究，包括工频电场与肿瘤的关系、工频电磁场对作业人员记忆力、注意力的影响等。虽然这些研究并没有一致的结论证明工频电磁场对健康有直接的影响，但仍然给人们产生了巨大的心理阴影，因此对输电线路电磁环境进行详尽的研究是非常必要的[18]。（2）工频磁场的影响工频磁场能在输电线附近的人体上感应出电压，当达到一定值后会引起电击使人产生不舒服的感觉。工频磁场对生态效应也有一定的影响。1979年瑞典关于邻近电力线居住的儿童患白血病的概率较高的报道，开始引起人们对工频磁场是否会引发癌症的广泛研究[2]。到目前为止，还没有试验能证明日常生活中因接触工频磁场而导致癌症。但仍需要对工频磁场的值进行理论计算以消除人们的心理恐慌。（3）电晕放电的影响在高电压作用下，导线表面电场升高，致使周围的空气发生游离放电，当导线表面的电位梯度超过空气分子的游离强度（一般是20~30kV/cm）时，会看到导线周围发出蓝紫色晕光，这就是电晕现象[10]。导线起晕后，导线表面周围的气体被局部电离，此时产生脉冲电流，其能量以电磁波形式直接辐射，造成能量损失，同时其产生的脉冲电磁波对无线电和高频通信都会产生干扰[19]。华中科技大学硕士学位论文3（a）电晕放电对无线电的干扰输电线路的无线电干扰主要来自导线、绝缘子或线路金具等的电晕放电。电晕形成电流脉冲注入导线，并沿导线向注入点两边流动，从而在导线周围产生磁场，即无线电干扰场，如图1-1所示[10]。图1-1电晕产生的无线电干扰讨论无线电干扰对环境的影响，主要是考虑其对无线电接收质量的影响，造成收听效果差、电视图像模糊或出现雪花点等，但是其强度还不至于产生生态影响[3,10]。（b）可听噪声对环境的影响从美国采用500kV和765kV超高压输电后，输电线路可听噪声问题开始得到人们的重视。之后可听噪声成为了实现特高压输电的一个重要限制因素。美国在实施交流超高压输电过程中，先后在弗吉利亚电力公司和美国电力公司的部分输电线路上，出现过因可听噪声而引起居民抱怨并投诸法律的问题[10]。可听噪声是一种人们听觉直接感受得到的现象，它是一种声频干扰，将会使得输电线路附近的居民感到烦躁不安，严重时甚至让人难以忍受[19]。可听噪声对人的影响主要包括：对听力的影响；对交谈的影响和对睡眠的影响。一般的统计表明：谈话声音通常约为60dB（A）；噪声超过65dB（A）时，会干扰正常谈话。噪声在40dB（A）以下时，可以保持正常睡眠；超过50dB（A），大约有15%的人正常睡眠会受到影响[3]。所以，为保证人们正常的工作、学习和生活，必须对输电线路可听噪声进行限制。（4）直流线路的电场直流输电线路下的电场