基于cdegs的800kv特高壓直流輸電線路電磁環(huán)境仿真研究

基于cdegs的800kv特高壓直流輸電線路電磁環(huán)境仿真研究

0特高壓直流線路的技術(shù)特性仿真研究環(huán)境影響是高壓電壓設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)中應(yīng)考慮的一個(gè)重要技術(shù)問題。特高壓直流輸電工程的環(huán)境影響主要包括電場(chǎng)效應(yīng)、無線電干擾和可聽噪聲等幾個(gè)方面。我國(guó)將要建設(shè)的向家壩-上海、溪洛渡左-湖南、溪洛渡右-浙江±800kV特高壓直流輸電工程,其輸電電壓和單回輸電容量均將創(chuàng)世界之最。特高壓直流線路本身的技術(shù)特性決定了其電暈效應(yīng)、電磁環(huán)境影響與超高壓直流線路有較大的差異。研究這些技術(shù)特性,對(duì)于合理確定線路的設(shè)計(jì)參數(shù)、保證線路安全可靠運(yùn)行和降低特高壓工程建設(shè)運(yùn)行成本、滿足環(huán)境保護(hù)要求等均具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。采用CDEGS軟件包中的SES-enviro模塊對(duì)±800kV直流輸電線路的環(huán)境影響進(jìn)行了仿真研究,并分析比較了導(dǎo)線對(duì)地高度、極間距、子導(dǎo)線截面積等對(duì)合成場(chǎng)強(qiáng)、無線電干擾和可聽噪聲的影響。對(duì)海拔高度和雙極直流輸電線路單極運(yùn)行等情況也進(jìn)行了討論。1各指標(biāo)橫向分布考慮極導(dǎo)線水平布置的雙極±800kV直流輸電線路模型,參見圖1,導(dǎo)線對(duì)地高度為18m;極間距為19m;導(dǎo)線型號(hào)為6×LGJ-720/50;避雷線型號(hào)為JLB1A-80;避雷線距極導(dǎo)線水平距離2m;垂直距離為15m;分裂間距為0.45m。假定土壤電阻率為100Ω·m;地面海拔高度為0m;大氣壓為760mm汞柱;氣溫為20℃。圖中正負(fù)號(hào)為極導(dǎo)線的極性。由公式(1)即Peek公式,得到線路的起暈場(chǎng)強(qiáng)為17.61kV·cm-1。式中:m為導(dǎo)線表面粗糙系數(shù),光滑導(dǎo)線m≈1,在此取0.48;δ為空氣相對(duì)密度:式中:Ps=101.3kPa;Ts=293K;r為子導(dǎo)線半徑,cm。在額定電壓下,計(jì)算了地面及距離地面1.5m高度處各電磁環(huán)境指標(biāo)參數(shù)的橫向分布,其中無線電干擾和可聽噪聲均采用軟件中集成的IREQ(魁北克水電研究院)經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算,無線電干擾的參考頻率為0.5MHz。圖2(a),(b),(c),(d)分別給出了雙極運(yùn)行方式下地面及距地面1.5m高度處的標(biāo)稱電場(chǎng)及合成電場(chǎng)、磁場(chǎng)、晴天和雨天時(shí)無線電干擾和可聽噪聲的橫向分布。表1為±800kV的直流輸電線路下電磁環(huán)境指標(biāo)參數(shù)的最大值。從圖2(a)和表1可見,地面的合成電場(chǎng)強(qiáng)度最大值比地面以上1.5m高處高出1.45kV·m-1。而標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)在地面和地面以上1.5m高處相差不多。因此對(duì)于直流線路的電場(chǎng)效應(yīng),宜考慮地面的合成場(chǎng)強(qiáng)。直流線路由于離子流的存在,使得同一條線路下方的合成電場(chǎng)強(qiáng)度隨著距地面高度的增加而減小,在地面的合成場(chǎng)強(qiáng)高于地面以上的合成場(chǎng)強(qiáng)。對(duì)于磁場(chǎng)強(qiáng)度,目前沒有國(guó)家專門制定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直流線路磁場(chǎng)予以限制。國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)(ICNIRP)建議1Hz以下磁場(chǎng)的公眾暴露限值取40mT?！?00kV特高壓直流輸電線路下方距地面1.5m高處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為41.93μT,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ICNIRP建議的公眾暴露限值。對(duì)于直流輸電線路的無線電干擾和可聽噪聲,距地面1.5m高處比地面略大,但相差不多,只有約0.4dB。無線電干擾和可聽噪聲在大雨天時(shí)比晴天時(shí)低。雨天時(shí)導(dǎo)線的起暈場(chǎng)強(qiáng)比晴天時(shí)低,導(dǎo)線周圍的離子比晴天時(shí)的多;下雨初期,導(dǎo)線表面離子濃度不大時(shí),電暈放電比晴天時(shí)的稍強(qiáng),下雨延續(xù)一段時(shí)間之后,導(dǎo)線起暈場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)一步降低,導(dǎo)線表面離子增加,使得導(dǎo)線不規(guī)則的面都被較濃的電荷包圍,減小了電暈放電強(qiáng)度,使無線電干擾和可聽噪聲較晴天反而有所減小?！?00kV的直流輸電線路,在距離線路中心50m遠(yuǎn)的地方無線電干擾衰減了約10dB,可聽噪聲衰減了約6dB?？陕犜肼曇哉龢O導(dǎo)線為中心橫向?qū)ΨQ分布。在評(píng)價(jià)無線電干擾和可聽噪聲時(shí),只需計(jì)算晴天時(shí)地面上的值就可以了。從以上分析可知,±800kV特高壓直流輸電線路的電磁環(huán)境影響的主要指標(biāo)參數(shù)是地面合成電場(chǎng)、晴天時(shí)的無線電干擾和可聽噪聲。因此在分析線路參數(shù)的影響時(shí),主要考慮了線路參數(shù)變化對(duì)上述指標(biāo)參數(shù)的影響。2基于線路參數(shù)的非同時(shí)模擬結(jié)果的比較2.1極導(dǎo)線干擾的仿真圖3(a),(b),(c)分別給出了雙極運(yùn)行方式下極導(dǎo)線高度分別為16,18,20,22m時(shí)的地面合成電場(chǎng)、晴天時(shí)無線電干擾和可聽噪聲的橫向分布。表2給出了不同導(dǎo)線對(duì)地高度對(duì)應(yīng)的地面上的合成電場(chǎng)、無線電干擾和可聽噪聲的最大值。由圖3(a)可見,在距線路中心30m以內(nèi)地面合成電場(chǎng)隨極導(dǎo)線對(duì)地高度的增加而減小,到30m以外幾乎就沒有影響了。導(dǎo)線從16~22m每增加2m,對(duì)應(yīng)的合成電場(chǎng)最大值分別減小了5.12(15.07%),3.96(13.73%)和3.13kV·m-1(12.58%)。由圖3(b)可見,提高導(dǎo)線對(duì)地高度在距線路中心約25m的范圍內(nèi)無線電干擾值有所減小,在25m之外反而增加,但是影響并不大。無線電干擾在距線路中心50m時(shí)衰減到了約48dB。從16~22m,極導(dǎo)線抬高2m,無線電干擾的最大值減小只有0.61(1.06%),0.50(0.88%)和0.42dB(0.74%)。由圖3(c)可見,抬高極導(dǎo)線可以減小線路下方的整個(gè)區(qū)域內(nèi)的可聽噪聲。從16~22m,導(dǎo)線每抬高2m,可聽噪聲的最大值分別減小0.81(1.65%),0.69(1.43%),0.59dB(1.24%)。2.2極間距對(duì)地面合成電場(chǎng)的影響圖4(a),(b),(c)分別給出了雙極運(yùn)行方式下極間距分別為17,18,19,20m時(shí)的地面合成電場(chǎng)、晴天時(shí)無線電干擾和可聽噪聲的橫向分布。表3給出了對(duì)應(yīng)的各環(huán)境指標(biāo)參數(shù)的最大值。由圖4可見,隨著極間距的增加地面合成電場(chǎng)稍有增加,從17~20m,極間距增加1m,合成電場(chǎng)分別增加0.45(1.61%),0.43(1.51%),0.41kV·m-1(1.42%)。無線電干擾和可聽噪聲隨極間距的增加而減小,因?yàn)樵黾訕O間距可以減小導(dǎo)線的表面場(chǎng)強(qiáng)。從17~20m,極間距每增加1m,無線電干擾值減小0.5(0.85%),0.47(0.81%),0.41dB(0.71%),可聽噪聲減小0.42(0.86%),0.38(0.78%),0.34dB(0.70%)。因此在確定極間距時(shí),要考慮其對(duì)各項(xiàng)電磁環(huán)境指標(biāo)的綜合影響。2.3子導(dǎo)線截面積圖5(a),(b),(c)分別給出了雙極運(yùn)行方式下子導(dǎo)線截面積為630,720,800mm2時(shí)的地面合成電場(chǎng)、晴天時(shí)無線電干擾和可聽噪聲的橫向分布。由圖5可知,隨著子導(dǎo)線截面積增加,地面合成電場(chǎng)、無線電干擾和可聽噪聲均減小,原因是增加導(dǎo)線截面積可以增大導(dǎo)線的起暈場(chǎng)強(qiáng)。從表4可以看出,導(dǎo)線截面積為630,720,800mm2時(shí),地面合成電場(chǎng)最大值分別減小1.46(4.82%),1.13kV·m-1(3.92%),無線電干擾分別減小1.26(2.13%),0.77dB(1.33%),可聽噪聲分別減小0.88(1.79%),0.52dB(1.08%)。因此,增加導(dǎo)線的截面積可以有效地改善電磁環(huán)境,但是建設(shè)線路時(shí)要根據(jù)經(jīng)濟(jì)性合理原則選擇導(dǎo)線。3海拔高度對(duì)導(dǎo)線起暈場(chǎng)的影響圖6(a),(b),(c)給出了地面海拔高度為0和1000m時(shí)對(duì)應(yīng)的地面合成電場(chǎng),無線電干擾和可聽噪聲橫向分布。由Peek公式計(jì)算得,海拔1000m時(shí)起暈場(chǎng)強(qiáng)16.09kV·cm-1。表5為對(duì)應(yīng)的地面電磁環(huán)境參數(shù)最大值。由以上圖表可以看出,由于隨著海拔高度增加導(dǎo)線的起暈場(chǎng)強(qiáng)減小,電磁環(huán)境也變差。海拔1000m比海拔0m時(shí)線路下方的地面合成電場(chǎng)、無線電干擾和可聽噪聲的最大值分別增加了3.06kV·m-1(10.61%),3dB(5.19%)和2.68dB(5.55%)。4地面合成電場(chǎng)與雙極運(yùn)行時(shí)的比較圖7(a),(b),(c)分別給出了單、雙極運(yùn)行情況下的地面合成電場(chǎng)、晴天時(shí)無線電干擾和可聽噪聲的橫向分布的結(jié)果比較。表6為電磁環(huán)境參數(shù)最大值。雙極直流輸電線路單極運(yùn)行條件下,地面合成電場(chǎng)是以運(yùn)行的極導(dǎo)線對(duì)地投影為中心對(duì)稱分布的,此時(shí)雙極線路中心的地面合成電場(chǎng)值大于雙極運(yùn)行時(shí)的值。由圖7可見,直流線路單極運(yùn)行時(shí)的地面合成電場(chǎng)是以運(yùn)行的極導(dǎo)線為中心對(duì)稱分布的。最大值比雙極運(yùn)行時(shí)小1.09kV·m-1(3.78%)。單極運(yùn)行時(shí)的無線電干擾和可聽噪聲比雙極運(yùn)行時(shí)小。正極運(yùn)行時(shí)無線電干擾和可聽噪聲比雙極運(yùn)行時(shí)分別小6.88(11.90%),4.26dB(8.82%),負(fù)極運(yùn)行時(shí)比雙極運(yùn)行時(shí)分別小25.97(44.93%),7.52dB(15.56%)。因此,單極運(yùn)行時(shí)對(duì)地面的電磁環(huán)境的影響較雙極運(yùn)行時(shí)小。5各線路電磁環(huán)境參數(shù)的要求(1)直流線路由于離子流現(xiàn)象的存在,線路下方的合成電場(chǎng)強(qiáng)度隨距地面高度的增加而減小?！?00kV直流線路下地面合成電場(chǎng)強(qiáng)度為28.85kV·m-1,接近限值。(人們感受到的是合成電場(chǎng)。國(guó)內(nèi)外電場(chǎng)感受試驗(yàn)表明,電場(chǎng)強(qiáng)度為30kV·m-1時(shí),人會(huì)感到電場(chǎng)的存在。文中規(guī)定,±500kV直流輸電線路下地面的合成場(chǎng)強(qiáng)限值取為30kV·m-1?！?00kV直流線路下地面合成電場(chǎng)的限值應(yīng)不高于30kV·m-1。(2)±800kV線路磁場(chǎng)強(qiáng)度在45μT以下,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的公眾暴露限值40mT。(3)雨天時(shí)無線電干擾和可聽噪聲比晴天時(shí)小?！?00kV直流線路晴天時(shí)地面無線電干擾和可聽噪聲最大值分別為57.80dB和48.32dB,雨天時(shí)比晴天時(shí)分別低約5dB和8dB。無線電干擾和可聽噪聲主要來自正極導(dǎo)線的電暈。(4)抬高極導(dǎo)線可以有效地改善特高壓直流線路下方地面合成電場(chǎng)、無線電干