1000kV同塔雙回線路空間電磁場分布數(shù)值模擬

華楓

摘? 要：采用有限元軟件COMSOL對特高壓同塔雙回輸電線路進行建模仿真，得出特高壓同塔雙回輸電線路周圍的電場強度和磁感應強度的云圖分布，并模擬得出距離地面1.5m處，電場強度和磁感應強度的分布，得出距離地面1.5m處，電場強度的最大值為3.76kV/m，磁感應強度的最大值為11.1μT，都滿足GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》所規(guī)定的限值標準。

關鍵詞：特高壓交流同塔雙回輸電線;磁感應強度;電場強度

中圖分類號：TM81? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0070-03

Abstract： Using the finite element software COMSOL to model and simulate the UHV double-circuit transmission line on the same tower， the cloud distribution of electric field intensity and magnetic induction intensity around the UHV double-circuit transmission line on the same tower is obtained， and the distribution of electric field intensity and magnetic induction intensity at 1.5m from the ground is simulated. it is concluded that the maximum value of electric field intensity at 1.5m from the ground is 3.76kV/m. The maximum magnetic induction intensity is 11.1μT， which meets the limit standard specified in the electromagnetic Environment Control limit of GB 8702-2014.

Keywords： UHV AC double-circuit transmission line on the same tower; magnetic induction intensity; electric field intensity

引言

近些年，國家電網(wǎng)公司將輸送的電壓等級提升到1000kV甚至更高，而輸電線在工作時，周圍會產(chǎn)生工頻電場和磁場，而如此高的電壓等級難免會讓人擔心輸電線周圍的環(huán)境問題[1]。因此有越來越多的學者研究特高壓輸電的電磁環(huán)境問題。

1979年Wertheimer發(fā)表了一篇關于工頻磁場和兒童癌癥的研究報告，這篇報告對關于兒童癌癥的一項流行病學調(diào)查指出，這些兒童生活環(huán)境靠近電力變壓器或者輸電線路，由此，他認為是電力輸電線產(chǎn)生的工頻電磁場，這大大提高了兒童患上癌癥，最后導致死亡的可能性[2]。在這之后又有其他的學者進行了類似的研究，得出了相似的結論[3-4]。2002年，世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）所屬的國際癌癥研究機構（International Agency for Research on Cancer，IARC）將極低頻磁場定義為對人類可疑致癌物，分類為2B[5]。

我國也有學者對特高壓電磁環(huán)境進行了研究，包括特高壓輸電線正下方電場強度和磁感應強度的分布，以及導線，相間距，最小對地高度等因素對導線正下方電場強度和磁感應強度的影響[6-7]。

本文利用有限元軟件對1000kV同塔雙回輸電線路的電磁環(huán)境進行仿真。得出導線正下方的電場強度和磁感應強度，并和國家標準GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》[8]中的標準進行對比，對1000kV同塔雙回特高壓的電磁環(huán)境作出一個評估。

1 原理和模型

本節(jié)介紹了有限元軟件模擬計算電磁場相關數(shù)值的原理，以及介紹了創(chuàng)建導線模型的相關依據(jù)。

1.1 原理

常用的用于電磁場數(shù)值計算的方法有等效電荷法、有限差分法、有限元法和矩量法，Comsol軟件是基于有限元法對模型進行求解，有限元法把場域空間分成為有限個網(wǎng)格，以每個網(wǎng)格的邊界節(jié)點作為一個未知數(shù)，利用電磁場的邊界條件，列出節(jié)點上的未知數(shù)求解的線性方程組，這樣就能計算出電磁場空間的電場強度和磁感應強度的分布。

1.2 特高壓輸電導線模型

本次建模采用的塔型是1000kV特高壓同塔雙回傘型塔，導線所采用的型號為8×LGJ-630/45，導線上所加載的電流最大值取4000A，導線相序采用逆相序，工作頻率為50Hz，絕緣子長度取10m，導線的相位差為120°，導線的檔距取300m。

1.3 Comsol建模

Comsol建模計算主要分為前處理，求解，后處理三個步驟，前處理包括定義問題的幾何區(qū)域：根據(jù)實際問題建立實際的物理模型，定義單元類型;定義單元的材料屬性;設置邊界條件;加上相應的載荷。對建立的模型進行網(wǎng)格剖分，最后由Comsol軟件進行計算，然后對結果進行后處理。本文經(jīng)過對模型的簡化，將8分裂導線等效為一根長直圓柱形導線[9]，導線等效半徑為0.4m，在Comsol中建立如圖1的模型。為了方便計算在建模時認為規(guī)定了一個空氣域，最后網(wǎng)格剖分如圖2所示。

2 結果

1000kV同塔雙回交流輸電線路在架設導線時最常使用的逆相序，本節(jié)將對這種情況下，特高壓同塔雙回輸電線路正下方的電場強度，磁感應強度進行仿真。

2.1 電場強度

仿真過程中給導線加上電壓最大值為1000kV，相位差為120°的三相交流電。在導線正下方，相序為ABC-CBA，仿真得出輸電線周圍電場強度云圖分布，距離地面1.5m處的電場強度分布，如圖3、圖4所示。

圖中0m處為雙回路輸電線正中間位置，依次往左右向外延伸，從圖中可以電場強度大致呈“M”型分布，兩側大致呈對稱分布，電場強度的最大值為3.76kV/m，滿足GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》所規(guī)定的限值4kV/m。

2.2 磁感應強度

為了模擬仿真得出同塔雙回輸電線磁感應強度的分布，給導線加載電流最大值為4000A，導線相序為逆相序的電流。得出同塔雙回交流輸電線磁感應強度的云圖分布和距離地面1.5m處磁感應強度的分布如圖5、圖6所示。

從圖6中可以看出磁感應強度也是呈“M”型分布，磁感應強度的最大值為11.1μT，小于GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》所規(guī)定的限值100μT。

可以看出1000kV特高壓同塔雙回輸電線路模擬值電場強度和磁感應強度都是小于國家標準所規(guī)定的安全限值見表1，說明特高壓輸電線電磁環(huán)境是安全的。

3 結論

本文利用有限元軟件Comsol對1000kV特高壓同塔雙回電磁環(huán)境進行了模擬仿真，得出電場強度和磁感應強度呈“M”型分布，并且左右呈對稱分布，在距離地面1.5m處電場強度最大值為3.76kV/m，磁感應強度為11.1μT，模擬所得到的值均符合國家標準限值。

通過模擬仿真，可以讓人們對特高壓同塔雙回電磁環(huán)境有一個直觀的認識，也在一定程度上有利于我國的特高壓建設。

參考文獻：

[1]劉振亞.特高壓電網(wǎng)[M].北京：中國經(jīng)濟出版社，2005.

[2]Nancy Wertheimer， Ed Leeper. Electrical Wiring Configurations and Childhood Cancer[J].American Journal of Epidemiology， 1979， 109（3）：273-284.

[3]London S J， Thomas D C， Bowman J D， et al.Exposure to residential electric and magnetic fields and risk of childhood leukemia[J].American journal of epidemiology， 1991，134（9）：923-937.

[4]Feychting M， Alhbom M. Magnetic fields and cancer in children residing near Swedish high-voltage power lines[J]. American journal of epidemiology， 1993，138（7）：467-481.

[5]IARC.IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risktohumans：non-ionizing radiation，part 1： static and extremelylow-frequency（ELF） electric and magnetic fields[R].Lyon， France：IARC Press， 2002.

[6]牛林.特高壓交流輸電線路電磁環(huán)境參數(shù)預測研究[D].山東大學，2008.

[7]邵方殷.1000kV特高壓輸電線路的電磁環(huán)境[J].電網(wǎng)技術，2007（22）：1-6.

[8]GB 8702-2014電磁環(huán)境控制限值[S].2014.

[9]Д.Н.Шапиро.Theoretical basis of electromagnetic shielding[M]. National Defense Industry Press，1983.