交流电磁环境计算软件编制

符斌

摘要：本文旨在掌握输电线路工程的电磁场、可听噪声等对环境的影响特点和参数，通过收集现有电磁环境计算的理论和依据，具体分析相应电磁场、噪音等公式，结合云南典型特点，进行电磁环境相关参数的修正，为输电线路走廊规划提供电磁环境方面的科学依据。

关键词：电场强度；磁场强度；可听噪声；无线电干扰

引言：现在，一方面随着我国电力工业的发展，电网的容量越来越大，输送的距离越来越远，输电线路的电压等级也在不断提高，建设规模不断扩大，再加上农村经济开发及人口增长等社会因素的影响，另一方面，随着人们保护环境意识的提高，或者对输电线路电磁环境的宣传力度和效果不够，甚至错误宣传和报道，部分居民对电磁干扰和电磁辐射的误解，所以需要在输电线路设计中对电磁环境的快速准确的计算和分析，本文通过采用MicrosoftVisualStudio为平台，采用VB.MET面向对象的编程语言，编制了一套110～500kV交流输电线路电磁环境计算软件。该软件可计算单、双回交流输电线路不同杆塔型号、不同导线排布方式不同运行电压下输电线路的电磁环境，可计算以下四大模块：电场强度计算、磁场强度计算、无线电干扰计算、可听噪音计算。

1、高压输电线路工频电场强度的计算

等效电荷法以静电场的镜像法为基础，其理论依据是场的唯一性定理：即把导体表面不均匀且连续分布的电荷用其内部一组等效电荷来代替。如果这组电荷能满足原来给定的边界条件，就能够求出全场域的解。等效电荷的单元数目越多，用它表示的外形就越精确。根据所代表电极特有的几何形状，不仅可以用点电荷，而且还可以用线电荷以及环行电荷表示。

为计算地面电场强度的最大值，通常取夏天满负荷时导线的最小对地高度，因此计算的地面场强仅对档距中央一段(该处场强最大)是符合的。当各导线单位长度的等效电荷量求出后，空间任意一点的电场强度可根据叠加原理计算得出，在点P(x，y)得电场强度分量和可分别由式(1-1)、式(1-2)表示：

式中，表示空气介电常数，表示导线i的坐标(i=1、2、…m)，m表示导线数目，表示导线I及其镜像至计算点的距离。

2、高压输电线路工频磁场强度的计算

在工频情况下，高压输电线路的磁场由线路的电流产生，属于准静态场，导线中流过三相对称正弦电流，相角依次相差120°，可以把安培环路定律直接用于载流导线。分别计算每根导线电流产生的磁场，依据叠加定理，将计算结果叠加即可得出周围的磁场强度。

磁场的精确计算需考虑大地的影响，大地上的感应电流可以处理为镜像导线。这些镜像导线距地深度为d，可近似取为

水平分量和垂直分量分别为：

3、高压输电线路无线电干扰场强的计算

关于110～500kV交流架空送电线产生的0.15～30MHz频段无线电干扰场强，根据国家标准《高压交流架空送电线无线电干扰值》(GB15707-1995)附录规定进行计算，由式(2-17)可计算出0.5MHz时高压交流架空输电线的无线电干扰场强。

式中，R表示通过导线中心的圆周直径cm，n表示次导线跟数，d表示次导线直径cm，g表示导线的平均表面电位梯度，Q表示每根导线的等效总电荷。

根据式(3-1)计算出的高压交流架空输电线三相导线的每相在某一点产生的无线电干扰场强，如果有一相的无线电干扰场强值至少大于其余的每相值3dB(μV/m)，则高压交流架空输电线无线电干扰场强值即为该场强值，否则按照式(3-4)计算。

(3-4)

式中，E表示高压交流架空输电线无线电干扰场强dB(μV/m)，、表示三相导线中最大的两个无线电干扰场强dB(μV/m)。

4、高压输电线路无线电可听噪声的计算

电晕产生的可听噪声与导线参数之间的参数，是以基准导线的表面带电电位梯度E0、导线直径d0、分裂数n0和测量距离R0为参考，分别在实际导线的E、d、n和R下实测的噪声数据来推导的。

线路噪声的预测，是通过对单根导线的噪声产生量的叠加来计算线路噪声。预测公式一般均包含导线、线路的上述参数的影响因素，其公式具有相同的形式。

单根导线的A声级噪声公式为

由于美国BPA推荐的预测公式是根据各种不同的电压等级、分裂方式的实际试验线路上长期实测数据推导出来的，而且，利用公式预测的结果与其他输电线路的实测结果做过比较，两者之间的绝对误差大多数在1dB之内。因此，认为该公式具有较好的代表性和准确性。美国BPA推荐的高压输电线路的可听噪声的预测公式如下：

该公式对分裂间距300-500mm，导线表面电位梯度为10-25kV/cm的常规对称分裂导线均是有效的。

5、高压输电线路电磁环境的计算程序

通过以上对输电线路标称电场和磁场、无线电干扰、可听噪声理论计算方法的分析，以MicrosoftVisualStudio为平台，采用vb.net面向对象的编程语言，编制了一套110～500kV交流输电线路电磁环境计算软件。该软件可计算单、双回交流输电线路不同杆塔型号、不同导线排布方式不同运行电压下输电线路的电磁环境。

（1）输入界面

包含基本参数设置：系统参数、导线参数、环境参数、塔头参数。

（2）计算输出图表界面

包含输出图表：电场强度曲线、磁场强度曲线、无线电干扰分布曲线、可听噪音强度曲线。分别如下图所示：

电场强度计算：电场强度计算：

线路A级噪声

通过与文献值、实测值等的对比，本软件所得结果具有较好的准确度和可信度。

6、结语

随着城市的发展，城市电网的电力、电量急剧增加，其规模、容量及结构都日益庞大复杂，输电线路设计需要考虑的问题也越来越复杂，本文介绍了高压输电线路电磁环境参数的理论基础和计算方法，使用VB.NET语言编写了《交流输电线路电磁环境计算程序》，通过使用程序分析计算，在输电线路设计时还需综合考虑电磁环境参数的影响，可以很好的控制电磁环境参数的相关限值。

参考文献

[1]云南电网有限责任公司科研项目《电磁环境要求对城市输变电建设的制约因素及相关技术研究》.

[2]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].中国电力出版社.2002:166-232.

[3]杨勇.交直流同走廊输电线路的电场分析和计算[D].北京:北京航空航天大学,2008.