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、施工和運營中應(yīng)考慮的一個重要技術(shù)問題。特高壓直流輸電工程的環(huán)境影響主要包括電場效應(yīng)、無線電干擾和可聽噪聲等幾個方面。我國將要建設(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,對于合理確定線路的設(shè)計參數(shù)、保證線路安全可靠運行和降低特高壓工程建設(shè)運行成本、滿足環(huán)境保護要求等均具有十分重要的現(xiàn)實意義。采用CDEGS軟件包中的SES-enviro模塊對±800kV直流輸電線路的環(huán)境影響進行了仿真研究,并分析比較了導(dǎo)線對地高度、極間距、子導(dǎo)線截面積等對合成場強、無線電干擾和可聽噪聲的影響。對海拔高度和雙極直流輸電線路單極運行等情況也進行了討論。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)線對地高度為18m;極間距為19m;導(dǎo)線型號為6×LGJ-720/50;避雷線型號為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℃。圖中正負號為極導(dǎo)線的極性。由公式(1)即Peek公式,得到線路的起暈場強為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)驗方法計算,無線電干擾的參考頻率為0.5MHz。圖2(a),(b),(c),(d)分別給出了雙極運行方式下地面及距地面1.5m高度處的標(biāo)稱電場及合成電場、磁場、晴天和雨天時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,地面的合成電場強度最大值比地面以上1.5m高處高出1.45kV·m-1。而標(biāo)稱場強在地面和地面以上1.5m高處相差不多。因此對于直流線路的電場效應(yīng),宜考慮地面的合成場強。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強度隨著距地面高度的增加而減小,在地面的合成場強高于地面以上的合成場強。對于磁場強度,目前沒有國家專門制定標(biāo)準(zhǔn)對直流線路磁場予以限制。國際非電離輻射防護委員會(ICNIRP)建議1Hz以下磁場的公眾暴露限值取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)強度的最大值為41.93μT,遠遠小于ICNIRP建議的公眾暴露限值。對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比晴天時低。雨天時導(dǎo)線的起暈場強比晴天時低,導(dǎo)線周圍的離子比晴天時的多;下雨初期,導(dǎo)線表面離子濃度不大時,電暈放電比晴天時的稍強,下雨延續(xù)一段時間之后,導(dǎo)線起暈場強進一步降低,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。在評價無線電干擾和可聽噪聲時,只需計算晴天時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、晴天時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,主要考慮了線路參數(shù)變化對上述指標(biāo)參數(shù)的影響。2基于線路參數(shù)的非同時模擬結(jié)果的比較2.1極導(dǎo)線干擾的仿真圖3(a),(b),(c)分別給出了雙極運行方式下極導(dǎo)線高度分別為16,18,20,22m時的地面合成電場、晴天時無線電干擾和可聽噪聲的橫向分布。表2給出了不同導(dǎo)線對地高度對應(yīng)的地面上的合成電場、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)地面合成電場隨極導(dǎo)線對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,對應(yīng)的合成電場最大值分別減小了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極間距對地面合成電場的影響圖4(a),(b),(c)分別給出了雙極運行方式下極間距分別為17,18,19,20m時的地面合成電場、晴天時無線電干擾和可聽噪聲的橫向分布。表3給出了對應(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稍有增加,從17~20m,極間距增加1m,合成電場分別增加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,因為增加極間距可以減小導(dǎo)線的表面場強。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,要考慮其對各項電磁環(huán)境指標(biāo)的綜合影響。2.3子導(dǎo)線截面積圖5(a),(b),(c)分別給出了雙極運行方式下子導(dǎo)線截面積為630,720,800mm2時的地面合成電場、晴天時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、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)線的起暈場強。從表4可以看出,導(dǎo)線截面積為630,720,800mm2時,地面合成電場最大值分別減小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)線路時要根據(jù)經(jīng)濟性合理原則選擇導(dǎo)線。3海拔高度對導(dǎo)線起暈場的影響圖6(a),(b),(c)給出了地面海拔高度為0和1000m時對應(yīng)的地面合成電場,無線電干擾和可聽噪聲橫向分布。由Peek公式計算得,海拔1000m時起暈場強16.09kV·cm-1。表5為對應(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)線的起暈場強減小,電磁環(huán)境也變差。海拔1000m比海拔0m時線路下方的地面合成電場、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地面合成電場與雙極運行時的比較圖7(a),(b),(c)分別給出了單、雙極運行情況下的地面合成電場、晴天時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行條件下,地面合成電場是以運行的極導(dǎo)線對地投影為中心對稱分布的,此時雙極線路中心的地面合成電場值大于雙極運行時的值。由圖7可見,直流線路單極運行時的地面合成電場是以運行的極導(dǎo)線為中心對稱分布的。最大值比雙極運行時小1.09kV·m-1(3.78%)。單極運行時的無線電干擾和可聽噪聲比雙極運行時小。正極運行時無線電干擾和可聽噪聲比雙極運行時分別小6.88(11.90%),4.26dB(8.82%),負極運行時比雙極運行時分別小25.97(44.93%),7.52dB(15.56%)。因此,單極運行時對地面的電磁環(huán)境的影響較雙極運行時小。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強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強度為28.85kV·m-1,接近限值。(人們感受到的是合成電場。國內(nèi)外電場感受試驗表明,電場強度為30kV·m-1時,人會感到電場的存在。文中規(guī)定,±500kV直流輸電線路下地面的合成場強限值取為30kV·m-1?！?00kV直流線路下地面合成電場的限值應(yīng)不高于30kV·m-1。(2)±800kV線路磁場強度在45μT以下,遠遠低于國際標(biāo)準(zhǔn)的公眾暴露限值40mT。(3)雨天時無線電干擾和可聽噪聲比晴天時小?！?00kV直流線路晴天時地面無線電干擾和可聽噪聲最大值分別為57.80dB和48.32dB,雨天時比晴天時分別低約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、無線電干