110_kV输电线路电磁环境测量与仿真分析_韦立.pdf

2023NO2.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK图1现场测量图收稿日期：2022-10-09作者简介：韦立（1989），男，本科，工程师，研究方向为输变电环境影响与评价等工作。110 kV 输电线路电磁环境测量与仿真分析韦立1杜彬仰2（1广东智环创新环境科技有限公司广东广州5100002广东省生态环境监测中心广东广州510000）摘要为了对110 kV架空输电线路周围电磁环境进行分析，采用实地测量的方式获取线路周围的电场强度和磁场强度值，利用COMSOL有限元软件对110 kV输电线路电磁环境进行了仿真分析，结果表明，实地测量值与仿真值的最大相对误差为12%，误差控制较好，验证了仿真结果的正确性。关键词输电线路电磁环境测量仿真中图分类号：TM75文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)0203103随着经济的快速发展，我国电网结构日益复杂，高压输电线路的数量和里程越来越大，其中，110 kV架空输电线路数量最多1-2。高压输电线路运行过程中，会出现电晕和无线电干扰等现象，对周围环境产生一定影响3-4。因此对高压输电线路周围电磁环境进行研究，对于指导输电线路施工建设和保障居民正常生活具有重要意义5-6。输电线路在运行过程中产生的电磁场对会自然环境产生一定影响，为此，专家学者们提出了许多电磁场计算方法，常用的有边界元法、有限元法和模拟电荷法等7-8。文献9采用边界法对地下电缆产生的工频电磁场进行了计算，分析了输电线路周围电磁场对环境的影响，并提出了降低电磁场影响的措施。文献10采用有限元法分析了500 kV输电线路的电场分布情况，利用EFA-300仪器对线路周围电场强度进行了测量，结果表明，仿真结果与测量结果基本一致。文献11利用模拟电荷法建立了输电线路电磁场通用计算模型，采用实际算例验证了模型的正确性。本文以110 kV输电线路为研究对象，通过实地测量获取110 kV架空输电线路电磁环境数据，并利用COMSOL有限元软件进行仿真分析，对比测量结果和仿真结果，验证仿真模型的正确性。1实地测量1.1测量方法介绍测量日当天天气情况如下：天气晴朗，气温1830，湿度75%。上述条件均符合测试条件。110 kV架空输电线路排布方式为同塔双回，横担高度为24 m，两基杆塔的档距为200 m，相间距离为3.5 m，图1给出了现场测量示意图。1.2测量结果在架空输电线路下方如图1所示的位置。分别对探头高度为0.75 m和1.50 m的电场强度和磁场强度进行测量，测量结果分别如表1和表2所示。由表1可知，随着探头高度的增加，3个测量位置的电场强度均逐渐增大，其中两回路中心增幅最大。在两回路中心测量高度为1.5 m时测得最大电场强度，其值为384.59 V/m，我国规定限值为4 000 V/m，可见，测量结果符合要求，该输电线路周围的电场强度符合规范要求。由表2可知，随着探头高度的增加，3个测量位置的磁场强度均逐渐增大，其中两回路中心增幅最大。在两回路中心测量高度为1.50 m时测得最大磁场强度，其值为0.574 T，我国规定限值为100 T，可见，测量结果符合要求，该输电线路周围的磁场强度符合规范要求。书书书摇摇摇摇表 摇不同测量位置下电场强度测量结果单位：探头高度 两回路中心回路 回路 向外 书书书摇摇摇摇表 摇不同测量位置下磁场强度测量结果单位：探头高度 两回路中心回路 回路 向外 能 源 与 电 力312023NO2ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK书书书表 摇不同探头高度下电场强度测量值与仿真值比较位置高度 测量值 仿真值 相对误差 高度 测量值 仿真值 相对误差 两回路中心 回路 回路 向外 书书书摇摇摇摇表 摇不同测量位置下磁场强度仿真结果单位：探头高度 两回路中心回路 回路 向外 书书书摇摇摇摇表 摇不同测量位置下电场强度仿真结果单位：探头高度 两回路中心回路 回路 向外 2仿真分析2.1仿真模型在COMSOL有限元软件中搭建110 kV同塔双回输电线路模型，取一段横担高度为24 m、档距为200 m的导线进行分析。110 kV输电线路仿真模型如图2所示。在COMSOL软件中设置相关参数，根据导线和杆塔材料施加材料属性，并进行网格划分，图3给出了模型剖分后的结果图。该条导线在实际运行时的相电压有效值为6.668 kV，电流有效值为150 A，在软件的AC/DC模块中的mf场设置激励条件，在Ec场设置边界条件，在回路1中施加激励，在回路2中不施加激励，以保持仿真环境与线路实际运行情况的一致性。2.2仿真结果分析2.2.1空间电场分布仿真结果的电场分布图如图4所示，由于回路1和回路2的激励条件不同，导致其电场分布不对称，回路1一侧的电场强度明显比回路2小，但整体而言，电场强度随着对地距离的增加而逐渐增大。利用COMSOL软件对模拟测量点的电场强度进行计算，计算结果如表3所示。由表3可知，仿真结果的变化趋势与测量结果基本一致，其电场强度最大值为378.88 V/m，略小于实际测量值。2.2.2磁场分布仿真结果的磁场分布图如图5所示，由图5可知，回路1一侧的磁场强度明显比回路2小，但整体而言，磁场强度随着对地距离的增加而逐渐增大。利用COMSOL软件对模拟测量点的磁场强度进行计算，计算结果如表4所示。由表4可知，仿真结果的变化趋势与测量结果基本一致，其磁场强度最大值为0.516 T，略小于实际测量值。3实际测量与仿真结果对比为了进一步验证仿真结果的正确性，将电场强度实地测量结果与仿真结果进行比较，具体如表5所示。由表5可知，高度为0.75 m时，电场强度测量值与仿真值之间的误差相对较大，最大误差为12.00%。高度为1.50 m时，电场强度测量值与仿真值之间的误差较小，最大误差为2.43%。可见，距离导线越近，输电线路周围的电场强度越大。将磁场强度实地测量结果与仿真结果进行整理，具体如表6所示。由表6可知，高度为0.75 m时，两回路中心、回路1图2110 kV输电线路仿真模型图3模型剖分后的结果图图4电场分布图图5磁场分布图能 源 与 电 力322023NO2.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK书书书表 摇不同探头高度下磁场强度测量值与仿真值比较位置高度 测量值 仿真值 相对误差 高度 测量值 仿真值 相对误差 两回路中心 回路 回路 向外 和回路1向外2 m 3个位置的相对误差分别为5.28%、1.49%和9.89%。高度为1.50 m时，3个位 置的 相对 误 差分 别 为10.10%、8.81%和10.81%，最大误差为10.81%，从整体上看，距离导线越近，输电线路周围的磁场强度越大。综上所述，110 kV架空输电线路周围磁场的测量值与仿真值存在一定误差，但误差均控制在12%以内。误差控制较好，验证了仿真结果的正确性。4结语本文对110 kV架空输电线路电磁环境进行了实地测量，并对测量结果进行了分析，采用COMSOL有限元软件搭建了110 kV输电线路电磁环境仿真模型。仿真分析结果表明，测量点的最大电场强度和磁场强度分别为378.88 V/m和0.516 T，接近实地测量结果，验证了仿真模型的正确性和实用性。参考文献1丁顺利，陈小平，蔡萌琦，等.输电线路电磁环境研究进展J.成都大学学报（自然科学版），2022，41（02）：188-194.2刘闯，何沁鸿，卢银均，等.输电线路PSOEM-LSSVM覆冰预测模型J.电力科学与技术学报，2020，35（06）：131-137.3曹碧波，姜梅.输变电工程电磁环境研究现状综述J.电力安全技术，2020，22（01）：46-51.4赵全中，禾志强，贺帅，等.超高压输电线路电磁环境研究R.呼和浩特：内蒙古电力集团有限责任公司，2020.5陈晓琳.110 kV新建输电线路并行时电磁环境影响预测研究J.能源与环境，2017（02）：23-24.6刘阳.110kV输电线路电磁辐射环境影响分析J.低碳世界，2018（07）：104-105.7袁飞，吴志明，贾国富.高海拔地区特高压直流输电线路电磁环境研究J.电工电气，2021（01）：17-23.8杨勃，徐禄文，刘彤.高压交流输电线路邻近城市高层建筑时的畸变电场计算J.南方电网技术，2021，15（10）：59-64.9ZILBERTI L，PONS E，BOTTAUSCIO O，et al.Evaluation of the elec-tromagnetic environment around underground HVDC LinesJ.IEEETrans Power Deliv，2010，25（4）：3085-3094.10李慧慧，杜志叶，甘艳，等.超高压线路下方畸变电场测量与计算研究J.电工电能新技术，2015，34（08）：75-80.11陈楠，文习山，刘波，等.高压输电导线三维工频电磁场计算与测量J.电网技术，2011，35（03）：159-164.能 源 与 电 力33