電磁輻射對(duì)500kv超高壓輸電線路電磁環(huán)境影響分析

電磁輻射對(duì)500kv超高壓輸電線路電磁環(huán)境影響分析

近年來(lái)，中國(guó)各行業(yè)都發(fā)展迅速。1998年末，安裝功率為2.7億kw，能源傳輸也在世界上排名第一。500kv超高壓線路已達(dá)1萬(wàn)公里，為中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展提供了強(qiáng)有力的能源保障。但是,同其它的工程建設(shè)項(xiàng)目一樣,電力工程也不可避免地對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利的影響,隨著500kV超高壓輸電電網(wǎng)的形成,電磁環(huán)境問(wèn)題愈來(lái)愈被人們所重視。輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分,在運(yùn)行過(guò)程中,導(dǎo)線上的電流在周圍空間會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng),而電磁場(chǎng)會(huì)對(duì)附近的生態(tài)、弱電系統(tǒng)、金屬管線等產(chǎn)生影響。在正常運(yùn)行狀態(tài)下,其影響包括:工頻電壓、電流對(duì)生態(tài)系統(tǒng)以及人體健康的影響;電暈放電對(duì)無(wú)線電干擾影響和可聽噪音的影響;中性點(diǎn)直接接地、不直接接地系統(tǒng)的電磁干擾影響和電磁危險(xiǎn)影響。220kV蒙城-蘆集Ⅱ回線輸電線路工程經(jīng)過(guò)蒙城、鳳臺(tái)、淮南,全長(zhǎng)64.2km。該工程的架設(shè)大大緩解了淮北電力的輸出壓力,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益,同時(shí)也對(duì)周圍環(huán)境帶來(lái)了不容忽視的影響:施工期間的揚(yáng)塵及噪聲;運(yùn)行期間的電磁輻射(工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng))及電暈無(wú)線電噪聲影響。本文首先確定了合適的計(jì)算方法,獲得了電磁影響范圍內(nèi)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度值及其變化規(guī)律,通過(guò)對(duì)比適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),深入分析了電磁輻射對(duì)該輸電線路的電磁環(huán)境影響。1計(jì)算當(dāng)前電壓值的電壓值1.1導(dǎo)線接枝系數(shù)組成的n階方程利用鏡像法計(jì)算送電線上的等效電荷。可由矩陣方程計(jì)算多導(dǎo)線線路中導(dǎo)線上的等效電荷,即[U1U2U3]=[λ11λ12λ13λ21λ22λ23λ31λ32λ33][Q1Q2Q3]其中,[U]為各導(dǎo)線對(duì)地電壓的單列矩陣;[Q]為各導(dǎo)線上等效電荷的單列矩陣;[λ]為各導(dǎo)線的電位系數(shù)組成的n階方陣(n為導(dǎo)線數(shù)目)。[U]矩陣可由送電線的電壓和相位確定,從環(huán)境保護(hù)考慮以額定電壓的1.05倍作為計(jì)算電壓。對(duì)于220kV三相導(dǎo)線,各導(dǎo)線對(duì)地電壓為|UA|=|UB|=|UC|=220×1.05/√3=133.4(1)各相導(dǎo)線對(duì)地電壓矩陣為[U]=[U1U2U3]=[133.4+j0-66.7+j115.5-66.7-j115.5](2)電位系數(shù)計(jì)算公式為λii=12πε0ln2hiRiλii=12πε0lnD′ijDijλij=λji(3)其中,ε0為空氣的介電常數(shù);hi為導(dǎo)線與地面的距離;Dij為第i根導(dǎo)線與第j根導(dǎo)線的間距;D′ij為第i根導(dǎo)線與第j根導(dǎo)線的鏡像導(dǎo)線的間距;Ri為輸電導(dǎo)線半徑,對(duì)分裂導(dǎo)線用等效單根導(dǎo)線半徑代入,Ri的計(jì)算公式為Ri=Rn√nrR(4)其中,R為分裂導(dǎo)線半徑;n為分裂導(dǎo)線根數(shù);r為次導(dǎo)線半徑。由[U]矩陣和[λ],利用等效電荷矩陣方程即可求出[Q]矩陣。1.2點(diǎn)的距離和臨界高度的確定空間任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度可根據(jù)疊加原理計(jì)算得出,在(x,y)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度分量Ex和Ey可表示為Ex=12πε0m∑i=1Qi(x-xiL2i-x-xi(L′i)2)Ey=12πε0m∑i=1Qi(y-yiL2i-y-yi(L′i)2)(5)其中,xi、yi為導(dǎo)線i的坐標(biāo)(i=1,2,…,m);m為導(dǎo)線數(shù)目;Li和L′i分別為導(dǎo)線i及其鏡像至計(jì)算點(diǎn)的距離。對(duì)于三相交流線路,可根據(jù)求得的電荷計(jì)算空間任一點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的水平和垂直分量為Ex=m∑i=1EixR+jm∑i=1EixΙ=ExR+ExΙEy=m∑i=1EiyR+jm∑i=1EiyΙ=EyR+EyΙ(6)其中,ExR為各導(dǎo)線的實(shí)部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的水平分量;ExI為各導(dǎo)線的虛部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的水平分量;EyR為各導(dǎo)線的實(shí)部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的垂直分量;EyI為各導(dǎo)線的虛部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的垂直分量。該點(diǎn)的合成場(chǎng)為E=(ExR+jExI)x0+(EyR+jEyI)y0=Exx0+Eyy0其中Ex=√E2xR+E2xΙEy=√E2yR+E2yΙ地面處(y=0)電場(chǎng)強(qiáng)度的水平分量即Ex=0。離地面1～3m范圍內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)的垂直分量和最大場(chǎng)強(qiáng)較接近,可以用場(chǎng)強(qiáng)的垂直分量表征其電場(chǎng)強(qiáng)度合成量,因此只需要計(jì)算電場(chǎng)的垂直分量。本工程輸電線路大部分架設(shè)在農(nóng)田中,在經(jīng)過(guò)居民區(qū)時(shí)均適當(dāng)抬高了架設(shè)高度,均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求(220kV不低于7.5m)。在本次評(píng)價(jià)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算中,針對(duì)不同的方案分別選擇不同的具有代表性的集中高度以及對(duì)應(yīng)的臨界高度進(jìn)行計(jì)算,磁感應(yīng)強(qiáng)度和無(wú)線電干擾強(qiáng)度計(jì)算選擇6m。線路下工頻電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果,見表1和表2所列。2線路工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度由于工頻情況下電磁場(chǎng)具有準(zhǔn)靜態(tài)性,線路的磁場(chǎng)僅由電流產(chǎn)生,輸電線路在空間任一點(diǎn)產(chǎn)生的工頻磁場(chǎng)可根據(jù)安培定律,按照矢量疊加原理計(jì)算得出。輸電導(dǎo)線在空間任一點(diǎn)產(chǎn)生的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算公式為B=μ0Η=μ0Ι2πr其中,B為磁感應(yīng)強(qiáng)度(T);H為磁場(chǎng)強(qiáng)度(A/m);μ0為真空中的磁導(dǎo)率(μ=4π×10-7A/m);I為導(dǎo)線i中的電流值(A);r為第i相導(dǎo)線至計(jì)算點(diǎn)處的直接距離(m)。對(duì)于三相線路,由于相位不同形成的磁感應(yīng)強(qiáng)度水平和垂直分量均必須分別考慮電流間的相角,按相位矢量合成。影響范圍內(nèi)工頻磁場(chǎng)計(jì)算結(jié)果,如圖1所示。3磁體環(huán)境評(píng)價(jià)(1)直接影響因子的確定公眾總受照射劑量(包括已有電磁輻射背景影響和擬建項(xiàng)目設(shè)施可能或已經(jīng)造成影響之和)不應(yīng)大于文獻(xiàn)規(guī)定,即以4kV/m作為居民區(qū)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),以0.1mT作為居民區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。以送電線路走廊兩側(cè)30m帶狀區(qū)域?yàn)楣ゎl電場(chǎng)、磁場(chǎng)的評(píng)價(jià)范圍。(2)線路磁場(chǎng)強(qiáng)度從表1和表2可見,對(duì)于220kV同塔雙回路單分裂輸電線路,當(dāng)下線導(dǎo)線高度低于6.5m時(shí),距中相線投影點(diǎn)區(qū)域即邊相導(dǎo)線地面投影點(diǎn)附近,地面1.5m高度處的未畸變工頻電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)4kV/m;當(dāng)下線導(dǎo)線高度大于6.5m時(shí),線路下方地面1.5m高度處的未畸變工頻電場(chǎng)強(qiáng)度小于4kV/m。對(duì)于220kV單回路單分裂輸電線路,當(dāng)下線導(dǎo)線高度低于6.8m時(shí),距中相線投影點(diǎn)4～6m區(qū)域即邊相導(dǎo)線地面投影點(diǎn)附近,地面1.5m高度處的未畸變工頻電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)4kV/m;當(dāng)下線導(dǎo)線高度大于6.8m時(shí),線路下方地面1.5m高度處的未畸變工頻電場(chǎng)強(qiáng)度小于4kV/m。地面電場(chǎng)強(qiáng)度隨著離開線路距離增加迅速降低,當(dāng)離開線路約20m,地面1.5m高度處的電場(chǎng)強(qiáng)度基本小于0.3kV/m,不足評(píng)價(jià)憑準(zhǔn)的7.5%。從圖1中計(jì)算值可見,線高6m時(shí),220kV輸電線路產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度最大值為10.83A/m(相當(dāng)于0.0136mT)。線高8m時(shí),220kV輸電線路產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度最大值為9A/m,占評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的10%左右。該最大值一般出現(xiàn)在邊導(dǎo)線內(nèi)側(cè)下方,然后再隨著離開邊導(dǎo)線距離的增加逐漸減小。相對(duì)于0.1mT的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)而言,220kV輸電線路產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)周圍環(huán)境影響較小。4輻射防護(hù)功能