高压输电线路附近的工频电场有多大?

在公众生活环境中,较高的电场多出现在高压架空输电线路(包括变电站架空进出馈线)周围。高压架空线路在其周边产生的电场强度主要取决于线路电压等级的高低。按现行国内、外的线路设计标准,从10kV高压配电线路至500kV超高压输电线路,周边电场强度随电压等级的提高而增大。这主要是因为较低电压等级输电线路的设计高度,在更大程度上受人类活动空间对线路安全距离的限制(跨越树木、道路、房屋及弱电线路时还需保持额外的安全距离),致使设计所取的相对架设高度较高。这导线从10kV到500kV,随电压等级提高,周边电场强度呈递增现象。而对500kV及以上电压等级(包括750~1000kV特高压输电),线路设计高度主要取决于电磁环境控制要求。

根据实测结果,按我国《110~500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999)中导线对地面最小距离(最大计算弧垂情况下)的设计规定。500kV输电线路导线下方弧垂最低点,地面最大电场强度一般不超过10 kV/m。

应当指出,邻近输电线路地面的最大电场强度(也就是我们通常进行环境评估或监测时关注的对象)是指输电线路导线弧垂最低处的电场强度。通常,输电线路两座相邻杆塔间的档距,长达数十至数百米不等,相应的高压线路导线因弧垂造成的对地高度差可达数米至二、三十米以上。导线弧垂最低处于方的地面最大电场强度只出现在弧垂最低的局部地带,在线路导线离地较高地带的地面电场强度将明显低于上述最大强度值。

高压架空输电线路周边的电场强度,不仅取决于线路的电压等级。在很大程度上还受到线路设计参数的影响。这些影响因素主要有:三相导线的布置方式(与杆塔结构型式密切相关,例如三角形布置、水平等高布置、三相垂直布置每相等,在导线最小离地高度相同的情况下,水平布置方式的地面电场强度最高);相导线离地(最低)高度;三相导线相间距离(三相导线采取紧凑型结构可使地面电场强度明显下降);每相导线是否采取分裂结构(采用2分裂或4分裂等结构,因某增加了高压导线的等效半径,可明显减少线路电晕和相应的噪声,但同时会提高线路下方临近地面处的电场强度);分裂导线间的“分裂间距”(分裂间距从300mm提高到600mm,地面最大电场强度可提高20%左右);是否采用同杆多回路;同杆多回路结构布置以及各回路相互间的相序是否优先排列(采用同杆多回路结构可节省线路走廊占地,但有可能增加地面电场强度)等等。同一电压等级的输电线路,因线路结构与设计参数不同,周边地面最大电场强度可有成倍的差异。在与输电线路走向垂直的断面上(横向),低频电场强度总体呈指数衰减形状。而在紧临输电线路导线投影处的下方局部地带,电场强度分布曲线的变化较大,且随线路结构的不同而异。

下面以不同电压等级的典型输电线路工频电场强度的理论计算分布曲线来说明其线路下方邻近空间的工频电场强度水平。

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图3-8表示了某500kV输电线路(线距为2×14m,导线架设高度为12m,三相单回路、导线水平架设,导线为四分裂正方形排列)距地面不同高度时(h=1、2、3、4m)工频电场强度强度横向分布特性曲线。比较离地不同高度h各点场强变化可知,场强的垂直分量随离地高度的增加变化很小,可认为在此范围内垂直分量分布是均匀的。场强的水平分量在地表面处为零,随h的增加而逐渐增大,但在h<2m内其数值不大。所以,地面高度2m范围内的工频合成电场场强,在数值上和垂直分量差别不大,为简化起见,一般在环境中取h=1.5m(在电力行业中,取h=1m)的垂直分量作为输电线路工频电场的评价量。由图可知,在上述线路参数及三相导线水平架设条件下,距线路中心约27m处(即边相导线地面投影外约13m)即可满足居民区电场强度不超过4kV/m的要求。

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图3-9 500kV单回路水平排列线路工频电场横向分布图 图3-9为500kV单回路、导线水平排列,导线采用4×LGJ400/50、线间距离为2×11.6m、导线对地高度为14m时,地面上1.5m(平房测试高度)和5m处工频电场强度距线路中心不同距离的变化关系图。由图可知,工频电场最大值(约6.5kV/m)发生在边线外约2m处,在距线路中心24m处(即边导线地面投影外13m左右)即可降至居民区电场强度4kV/m限值要求。

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图3-10 500kV单回路三角排列线路工频电场横向分布图 图3-10为500kV单回路、导线成三角排列,采用4×LGJ-400/50导线、线间距离为2×7.5m、导线对地高度为14m时,地面上1.5m和5m处工频电场的横向分布图。由于该塔型为转角塔,所以分布曲线不对称,其最大值(约6.5kV/m)出现在距线路中心约8.5m(即边线地面投影外1m),在距线路中心10m处,可降至4kV/m。与水平排列相比,其居房拆迁宽度每侧可减少14m。

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图3-11 500kV同塔双回路工频电场横向分布图 图3-11为500kV同塔双回路导线成垂直逆相序排列,采用4×LGJ-400/50导线、线间距为2×(8.55/10.3/7.5m)、导线对地高为14m时,地面上1.5m和5m处工频电场强度分布图。其最大值约为5.9kV/m发生在距线路中心9.5m处,在距线中心17m处(最外边导线地面投影外6.7m处)可降为4kV/m。

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在500kV输电线路中目前已有采用紧凑型架设方式,该方式导线布置高度紧凑,各相导线间距较常规线路大大缩小,通常应用在邻近城市或通过人口稠密、电磁环境要求较高的地区,导线采用三角形布置。图3-12是500kV紧凑型线路(线间距为7.2m)导线为倒三角形布置,导线最低高度为14m时线下工频电场横向分布图,其工频电场最大值为5.43kV/m,位于线路中心,在距线路中心6.2 m处(即边线投影外2.4 m)可降为4 kV/m。与水平架设方式相比,均有显著减小,从而改善了对环境的影响。但是,紧凑型线路降低了线路运行中耐受过电压的水平,并给带电作业工人增加了作业风险。

上述工频电场的横向分布均为理论计算结果,计算表明,各种类型的500kV输电线路地面最大设计场强均满足设计规程要求。从而多年来的环境评价实际测量结果表明,实测值尚低于上述理论计算值。这与工程及不同地形条件下,导线实际对地高度往往高于设计高度,以及导线平均高度总是高于弧垂最低点高度有关。

图3-13  220kV同塔双回路工频电场横向分布图

图3-13提供了上海南石/阳金220kV同塔双回输电线路横向的地面工频电场强度分布实测值和理论计算值,该线路采用2×LXGJ-400/50双分裂导线,铁塔为四层横担伞型布置,下导线离地高度为10.68 m,边导线距线路中心为4 m,逆相序布置,由图可见,220kV输电线路的地面最大工频电场强度一般均远小于4 kV/m限值(本例中,地面最大电场强度出现在边导线投影处附近,最大值为2.16kV/m)。

信息来源:《输变电设施的电场、磁场及其环境影响》 中国电力出版社

 

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