高壓輸電線路電磁環境的研究碩士學位論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 磁場。 等效半徑計算示意圖電場的強度： 工頻電場計算程序流程圖架空輸電線路的工頻電磁場，雖隨時間變化(工頻)，但變化很緩慢，此時可以忽略電磁感應作用，或者說輸電線路產生的時變電磁場中各處感應電場遠小于庫侖電場，即輸電線路的工頻電磁場屬于準靜態電磁場。因為輸電線路工頻交變電場是～種準靜態場，所以它的一些效應可以用靜電場的一般概念來分析，即輸電線路的工頻電場都是由電荷產生的，電荷分布在架空導線的表面，電場是在某一距離上電荷效應的～種表現，這～效應遵守庫侖定律。空間任意一點的電場可以用一個力表示，它的大小和方向與單位正電荷在該點受的力相同。由于工頻情況下電磁性能的準靜態性質，線路下方的磁場僅由電流產生。導線中流過三相對稱正弦電流，相角依次相差120176。，把安培定律應用于載流導線，并將計算結果進行矢量迭加，可求出導線周圍的磁感應強度。 和電場強度計算不同的是關于鏡像導線的考慮，與導線所處高度相比這些鏡像導線位于地下很深的距離 d。總的來說，計算方法可大致分為三類： 半經驗公式法；有限元法；Deutsch假設法。 半經驗公式法，是在1：1 試驗線段下經過長期、反復的測試工作，并結合理論分析得到的。它對導線布置有一定的限制，只對一些導線結構、布置與試驗線路相似的直流線路具有較高的準確性和可靠性。從程序應用的角度而言，由于其中的大部分系數都是試驗曲線，因此無法進行有效的程序計算，大區域的曲線擬合也會帶來較大的誤差。 有限元法計算適應性較強。采用該方法編制的計算程序具有有限元法本身所固有的非線性處理和不規則邊界處理的特點。還可對有風的離子流場進行計算。此方法在求解過程中，需要對成千上萬個點進行反復的迭代計算。不足之處是，計算時間要長一些，程序編制復雜，需要很大的工作量。 Deutsch假設法，將二維問題簡化為一維來考慮，簡便有效。一般的HVDC 輸電線路都可通過簡化用這種方法進行計算分析。不足之處是，不能對有風的離子流場進行計算，假設多，計算會產生一定的誤差。 從程序編制而言，采用Deutsch 假設的計算方法是比較適合的，因為其主要采用解析計算，程序編制簡單，同時易于校正。如前所述，該方法在實際線路設計中會帶來一定的誤差，需要在現有方法的基礎上進行改進。ICNIRP導則，50HZ，對職業人員，500uT。對一般民眾，100uT,50HZ受控去磁場為2710uT(頭部和軀體)75800uT(四肢)。50HZ公眾磁場為904uT（頭部和軀體）、75800uT（四肢）。無論是超高壓還是特高壓輸電線路，,各國的限制如下圖 標準 磁感應強度（uT） 職業 公眾 ICNIRP 50HZ 500 100 60HZ 美國政府工業衛生聯合會（ACGIH1998，60HZ） 1000 \歐洲標準化研究會CENELC（1995）60HZ 1333 533 英國NRPB(1993) 50HZ 1600 1600 60HZ 1333 1333 澳大利亞NHamp。MRC(1898)50HZ 500 100 前蘇聯（1975）50HZ 1760 \ 日本產業衛生學會標準（2002）50HZ 1000 \ 德國（1989）50HZ 500 100500kV220kV的混合架設ⅠⅡ的電場分布情況要優勢得多，不僅在走廊寬度上要求較小，而且不管在哪種方式的比較下，地面電場均比混合架設Ⅱ要小，且相比于標準，裕度較大。但混合架設Ⅰ的造價要比混合架設Ⅱ的造價高，且混合架設Ⅰ的架設太高，容易引起雷擊而造成線路跳閘事故，因此，應綜合考慮混合架設的方式。 同樣，圖412和圖413為220kV110kV混合架設方式Ⅰ和方式Ⅱ下，處電場分布情況，設混合架設下相導線對地 10m。由圖中可知，混合架設方式Ⅰ下，第五種導線排列方式下地面 電場分布最大，最大值為 ，而在第四種方式導線排列下地面 ，均在 。而對于混合架設方式Ⅱ下，第一種排列方式，地面電場最大，其他幾種排列方式相當，但均在 ～。 根據圖412和圖413的計算結果，220kV110kV的混合架設ⅠⅡ的電場分布情況相差不大，但混合架設Ⅰ在走廊寬度上要求較小，且相比于標準，電場裕度較大。混合架設Ⅱ中除第一種方式排列外，其它方式均也較優。但相比較而言，混合架設Ⅰ的架設太高，容易引起雷擊而造成線路跳閘事故，因此，應綜合考慮混合架設的方式。 三、高壓輸電線路的電磁環境目前對于輸電線路電磁場的測量基本采用的是PMM8053B型電磁場測量系統，該系統是目前世界上唯一能實現高頻和低頻統一的通用型便攜式電磁場測量系統，其主要配置如下圖這套系統包括以下設備：PMM8053B主機，EHP．50B工頻探頭，1長的光纖通訊線，三腳架以及輔助設備。圖31 PMM公司的8053B型電磁場測量系統Fig．3l PMM8053B measurement system 圖31 PMM公司的8053B型電磁場測量系統Fig．3l PMM8053B measurement system(1)PMM8053B主機PMM8053B主機可以選擇多種無方向性探頭，同時具有頻率選擇功能，選擇測量頻率覆蓋5Hz．40GHz超寬頻帶范圍，滿足各國國家標準的要求，為使用者提供了更為人性化的操作界面，如圖32所示，用戶可根據實際測量情況對測量數據進行智能化管理。PMM8053B主機可同時對16個點進行測量，且具有RMS平均，算術平均，空間平均三種平均模式可以選擇，使用戶的測量工作更加方便和準確。2l高壓輸電tl醴iJl圍電磁環境的研究圖32 PMM8053B主機Fig．32 The main engine ofPMM8053B (2)EHP．50B工頻探頭EHP50B工頻探頭是用于工頻電磁場全向同性測量的分析型探頭，為工頻電磁場測量提供了科學可靠的測量方案和措施，如圖3．3所示。電場的測量范圍從V／m到kV／m，磁場的測量范圍從nT到mT，頻率范圍從5 Hz到100 kHz。該探頭屬于三維探頭，可以同時測出場域內任意點三個相互垂直方向(x，y，z)的電場、磁感應強度分量和最大值，且探頭帶有E2PROM校準數據功能，可對測量的數據進一步校準，使測量工作趨于完美。其主要特點：1．EHP50B探頭可在同一個探頭全方位的測量電磁場，給工頻電磁場的測量工作提供了極大的便利，同時解決了工頻電磁場測量點要求一致的問題。2．EHP．50B探頭具有完善的頻譜分析功能，使用戶能準確分辨輻射源頻率，解決諧波干擾等相關問題。3．EHP．50B探頭具有存儲頻譜圖的功能，并可傳送到計算機進行計算分析，便于用戶做出準確科學的測量報告。4．EHP．50B探頭具有獨立不問斷監測的功能。電線路周圍電磁環境的研究圖33 EHP一50B工頻探頭Fig．3—3 EHP50B lequency probe 圖333．1．2意大利PMM公司的9010型無線電干擾測量系統 圖34(1)無線電干擾測量系統簡介PMM9010是意大利PMM公司推出的第一臺數字式電磁兼容和干擾測試接收分析儀，如圖34所示。精巧的外型，便攜式的結構設計，配以“人性化，易操作”的操作系統，使設備的操作方便快捷，測量結果精確。主要功能菜單有：頻譜分析Analyzer功能菜單、掃頻Sweep功能菜單、手動測量Manual功能菜單、設置Setup功能菜單和面調整Panel功能菜單。(2)操作說明示意圖第一步：儀器校準。在主菜單上按設置(setup)對應的按鈕，儀器自動進入顯示、自動校準、單位和RF輸出四個子菜單，按下與自動校準(Autocal)相對應的按鈕，儀器自動進入校準狀態，該校準過程大概需要2min的時間，自動校準完畢以后，儀器屏幕上會自動顯示校準完畢的相關信息。按Esc鍵退出，進入主菜單界面。用戶在顯示(Display)選項下，可調節屏幕的比度，亮度和背景顏色等顯示效果；高壓輸電線路周圍電磁環境的研究，用戶在單位(Unit)選項下，可進行單位的選擇，儀器預設的單位是：dB；用戶在頻率輸出(RF ore)選項下，主機可以作為信號發生器，進行信號干擾實驗，環保監測單位不需要使用該項功能菜單。第二步：選擇準峰值(QPk)顯示。在主菜單中，通過選擇手動測量(Man吼1)對應的按鈕，顯示屏幕上就會出現頻率設置、大小、分辨率帶寬和時間保持四個子菜單：進行無線電干擾測量時，儀器會自動按照《無線電干擾和抗擾度測量設備和方法》(Cispr16)規范進行測量，用戶進入子菜單后，選擇分辨率寬帶(RBW)對應的按鈕會出現下列子菜單：在進行無線電干擾測量時需要記錄準峰值，用戶必須選擇Auto Cispr對應的按鈕，儀器會自動選擇按照Cispr16規范進行測量，測量時會自動顯示準峰值CQPk)。第三步：選擇頻率。在手動測量(Mual)菜單項下，選擇頻率設置(Frcq)對應的按鈕，會出現下列頻率輸入、旋鈕調節和箭頭按鈕調節菜單： 高壓輸電線路周圍電磁環境的研究。用戶在頻率輸入(Tune)選項下，可直接輸入需要測量的頻率；用戶在旋鈕調節(Knob)選項下，可直接輸入數值或扭動旋鈕改變到相應數值，一般選擇50kHz；用戶在微調(Arrow)選項下，可直接輸入微調頻率時的數值，一般選擇IKHz；用戶在使用中可利用旋鈕進行大范圍頻率的調節，利用箭頭按鍵進行微調(避免在測量中信號干擾)。第四步：選擇顯示反應時間。在手動測量(Manual)菜單選項下，選擇保持時間(HoldTime)對應的按鈕，設置數值變化的時間，因為儀器預設的數值變化時間是1．9ms，用戶在測量中是無法記錄測量數值，因此用戶可根據需要增大變化時間，一般選擇1000ms。第五步：選擇自動衰減。用戶在主菜單中進入頻譜分析(Analyzer)功能菜《高壓交流架空送電線路、變電站工頻電場和磁場測量方法》標準中，規定了高壓輸電線路工頻電磁場的測量方法，并對測量儀器提出了要求。結合自己的實際測量經驗總結出測量時應注意以下五點：(1)高壓輸電線路工頻電磁場的測量必須使用專業的測量儀器，如美國的HI．3604低頻場強測量儀和意大利的PMM5083B電磁輻射測量系統。測量的探頭通常用配套的三腳架架設在離地面lm至2m高的位置，一般選擇1．5m，同時線路下方不能有建筑物和植物，地面要盡量的平整，不能離鐵塔太近，一般選擇輸電線路的中間檔距位置測量。(2)為避免通過探頭的三腳架泄漏電流，測量時的環境濕度不能超過80％，嚴禁在下雨天進行測量。進行測量電場強度時，測量工作人員離探頭的距離不能太近，否則就會在測量點產生較大的電場畸變，導致測量值出現誤差，所以測量人員應該離開儀器的探頭足夠遠，一般情況至少要2．5m。進行磁感應強度測量引起磁場畸變或測量誤差的可能性比較小，可忽略電介質和非磁性導體的影響。(3)測量點應選擇在具有代表性的典型檔距，導線檔距中央弧垂最低位置的橫截面方向上，監測地面要求相對平整，沒有大坑，沒有水田，沒有湖泊，不選擇在斜坡上測量，地表植被最好不高于20cm。(4)單回高壓輸電線路應以中間檔距最低弧垂位置對地投影點作為測量原點進行測量；雙回高壓輸電線路應以中間檔距弧垂最低位置連線中點的對地投影點作為測量原點進行測量：由于輸電線路近地面工頻電磁場大小關于線路的中心位置對稱分布，因此測量點只需要在線路一側的橫截面方向上均勻布點測量。高壓輸電線路周圍電磁環境的研究(5)一般均勻布點的水平距離到離邊導線對地投影水平距離50m為止，如果受實地測量條件的限值，也可以取其他水平距離，但是一般選取的最小水平距離要滿足電場強度值出現衰減趨勢的情況，測量時兩相鄰測點的距離可以根據實際需要任意選取，一般最好選取2m。必須按布點順序測量工頻電磁場強度的大小，做到每測一點做好相關記錄。無線電干擾的測量方法《高壓交流架空送電線路、變電站無線電干擾測量方法》規范中，規定了適用于高壓輸電線路產生的無線電干擾場強的測量方法，并對測量儀器提出了要求。結合自己的實際測量經驗總結出測量時應注意以下五點： (1)高壓輸電線路無線電干擾的測量必須使用專業的測量儀器，如意大利的PMM9010無線電干擾測量系統。充電時應先接通主電源，然后再連接直流插頭和主插孔．充電時間約為9小時。有源天線的連接應在主機和天線都關機情況下進行。(2)測量點應該選擇在地勢相對平整，周圍沒有建筑物和樹木，沒有其他有線通信、電力線、廣播線和通訊基站的地方。(3)應選在高壓輸電線路檔距中央附近，距離線終端變電站10km以上。(4)高壓輸電線路無線電干擾由于電暈放電會產生一定的頻譜特性，推薦0．5MHz或者1MHz作為無線電干擾的參考測量頻率。(5)測量點應取在距離邊導線水平距離20m處。經過半年多時間對的l 10kV、220kV和500kV輸電線路不同排列方式及相間距離的工頻電場、磁場及無線電干擾水平的實地測量，通過對大量的實際監測數據的分析，總結和歸納了高壓輸電線路電磁環境的特性和分布規律，由于測量的線路比較多，文章篇幅有限，全部線路的監測數據在這里就不一一列舉，本文列舉了廣西五個地域的電磁環境本底值和不同電壓等級的三條典型高壓輸電線路電磁環境的測量數據。電磁環境本底值電磁場是自然界中存在的一種最普遍的客觀物質，來源分為自然和人工兩大類。我們生活的地球本身就是一個巨大的磁體，地理南極就是磁體的北極，地理北極就是磁體的南極。同時雷、電和太陽光等現象都是自然界的電磁現象，所以人類無時無刻都處在電磁場的包圍中，與人類賴以生存的環境密切相