1、国网典型设计 220kV 输变电工程的工频磁场评估摘要：本文给出了国网典设 220kV 输变电工程工频磁场计算方法，并编制了计算程序。采用的数值计算方法基于毕奥-萨伐定律：求出任一直导线段在空间上任一点上的工频磁场，然后依据叠加原理，采用数值计算方法即可计算出所有载流导体共同作用下整个待求区域的磁场分布。给出的结果对输电线的布置、变电站的设计、建设和电力设施附近的电磁环境保护有一定的参考价值。 关键词：典型设计；输变电；电磁环境；数值计算 中图分类号： TM63 文献标识码： A 引言：分析变电所中的各种工频磁场源，确定了影响变电所整体磁场水平的主要磁场源为无屏蔽的大电流载流导体，即高压进线、
2、母线以及主变出线。并且讨论了变电站不同运行方式对变电站工频磁场分布的影响。而高压架空输电线路在周围环境中产生的磁场与多种因素有关，这些因素包括：一基铁塔上架设单回三相输电线还是多回三相输电线；杆塔高度；导线对地距离；三相导线布置方式；多回线路相对布置方式；同塔多回线路三相相序的相对排列方式；相间距离等。最后，根据对典设输变电工程的工频磁场评估，分析并提出进一步降低工频磁场分布的技术措施，为今后的变电所和输电线路杆塔优化设计提供了参考依据。 1、高压输变电工程的发展 随着用电需求的持续快速增长，电力发展速度进一步加快。装机容量从解放初期 1949 年的 185 万 kW 增长到 2004 年底的
3、 4.39 亿 kW，年均装机容量增长率超过 10%。其中 20002004 年，我国发电装机容量年均新增 2839 万千瓦，用电量年均新增 1929 亿 kWh，其中，2004 年新增发电装机容量超过 5000 万 kW，用电量增长超过 2500 亿 kWh。从 1996 年起，我国电网装机总容量和总发电量已稳居世界第二。2005 年底，全国发电装机容量已经超过 5 亿 kW。根据 21 世纪上半叶我国国民经济发展要求，很难满足国民经济快速发展所需要的电力供应。由于近年来我国电源超常发展，电网建设严重滞后，输电能力不足，电网与电源发展不协调的矛盾十分突出： 1.1 现有 500kV 跨区同步
4、互联电网联系薄弱，输电能力严重不足，大电网的优越性难以发挥； 1.2 区域电网之间水火互济和跨流域补偿能力明显不足； 1.3 现有电网难以满足远距离、大容量输电的需要。因此，需要建设更加坚强的电网以适应经济快速增张的需要，保障国家能源安全和经济安全。另一方面，我国能源资源和负荷分布特点决定了我国建设远距离、大容量的特高压输电系统。 2、高压输变电工程电磁环境评估 220kV 输变电工程的电磁环境影响包括工频电场、磁场和无线电干扰。由于 220kV 线路的电压等级不算太高，线路设计的导线表面场强取值通常也不高，无线电干扰问题相对比较小。而工频电场和磁场问题因为220kV 线路现已普遍深入市区情况
5、比较复杂，遇到的问题也比较多。220kV 输变电工程的工频电磁环境影响问题国内外研究已经很多，现有线路设计通常也都能达到环境影响控制指标。但由于变电站和线路所处环境本身的复杂性，对具体案例的研究结论的普遍适用性不够。国网近年来推广的典型设计工作为具有普遍意义的电磁环境影响评估提供了条件。对国网典型设计输变电工程的电磁环境影响的评估，对认识 220kV 输变电工程环境影响的总体情况和未来趋势有积极意义，对今后输变电工程的设计运行也具有指导意义。 3、220kV 变电站国网典设方案建模和磁场分布计算 变电所空间磁场水平最严重的情况，其情况设定为：主变压器 220kV 侧电流为变压器额定电流，并将主
6、变压器电流汇总于某一条出线，使其达到最大电流值且不超过出线的载流量，如有超出值，将超出值分流于第二条出线，以此类推；主变压器 110kV 侧的电流设计如同 220kV侧。 4、220kV 输电线杆塔国网典设建模和磁场分布计算 我国家输电线路采用的主要有单回路和同塔双回路，随着输电线路走廊越来越困难，同塔多回路、紧凑型铁塔也开始采用，但目前采用还不是很多。考虑到典型设计应主要针对目前普遍采用的形式，另外从目前建设的同塔多回路，紧凑型工程来看，工程的个性突出，不具备普遍性，因此在典型设计中只考虑了单回路和同塔双回路两种模式。高压架空输电线路在周围环境中产生的磁场与多种因素有关，这些因素包括：一基铁
7、塔上架设单回三相输电线还是架设多回三相输电线 ；杆塔高度；导线对地距离；三相导线布置方式；多回线路相对布置方式；同塔多回线路三相相序的相对排列方式；相间距离等。鉴于上述多种设计因素，电力部门在首先满足环境质量标准前提下，综合考虑线路运行安全性、可维修性及经济技术比较，优化线路设计，以降低输电线路周围的磁场水平。 5、工频磁场的影响因素 5.1 由于变电站中所有重载流导体和电抗器都是三相平衡式结构布置，变电站所有磁场源周围的磁场都随距离衰减很快，最慢按距离平方的倒数衰减，所以各磁场源的影响范围是有限的。这给变电站磁场分布的分析和控制带来极大的方便，即对变电站中的各具体部位，较易区分对其磁场水平有
8、决定性影响的磁场源，从而可以忽略其它贡献微弱的磁场源的复杂影响，采用简化方法预测磁场水平。在考虑整个变电站周围的磁场分布时，可以将大量复杂的影响因素分为两类：一类是对整个变电站的磁场分布有决定性影响的因素；另一类只影响变电站内局部区域的磁场水平，在考虑变电站周围的整体磁场水平时可以忽略或者以增加适当裕量的方法简化处理，使简洁的可实际应用的变电站工频磁场水平控制和预测设计成为可能。不同布置方式变电站磁场水平的“整体影响因素”都包括进线，母线。变电站外围最大磁场一般出现在 110kV 进线侧。这主要是由于 110 侧电压等级较低，载流量很大。110 侧的变压器接线的载流几乎是 220 侧的两倍，其
9、他出线的电流也较 220 侧大。 5.2 架空线附近的磁场水平的影响因素和减小措施输电线路周围的工频磁感应强度与线路运行电流、塔型结构有关。多回路输电线路同塔架设或平行架设时，输电线路周围的工频磁感应强度还与其相序排列有关。 6、概况 重庆渝北悦来 220kv 输变电工程包括：悦来 220kv 变电站新建工程、思翠双回 入悦来变 220kv 线路工程、配套系统通信工程。国网北京经济技术研究院以关于印发重庆龙荫等 220、110kv 输变电工程可行性研究报告评审意见的通知 （经研院设咨 295 号）确定重庆渝北悦来 220kv输变电工程可研静态投资 12746 万元，动态投资 13029 万元。
10、 本工程项目法人单位为重庆市电力公司。初步设计文件由国核电力规划设计研究院重庆有限公司编制完成。 重庆电网目前分为中西部、东北部和东南部三大供区。其中：中西部供区包括渝中等 9 个市辖供电区和合川等 12 个县级供电区；东北部供区包括万州等 10 个县级供电区；东南部供区包括长寿等 9 个县级供电区。220 千伏电网是重庆电网的主要供电网络，依托 500 千伏变电站实现分区供电。 7、结束语 同杆多回输电线路和变电站本身的载流导体分布有其特殊性。输电线路距离长有较大的弧垂，并且这种弧垂会随温度、天气等条件有很大的改变。变电站内载流导体很多，分布复杂；同时，变电站可能采取的不同运行方式会使变电站
11、内载流导体的数量、位置以及载流大小等因素发生变化。编制程序时，这些因素都被通过简单易懂的方式加以解决。保证了程序接口的简单性和以后的易扩展性。随着单回线路输电容量的增大，220kV 和 500kV 同塔多回输电线路已采用分裂数更多、截面更大的导线，每回线路电流可高达 30004000A。此时，线路下方工频磁感应强度最大值可能高达 2030T。但即使对多分裂、大截面、走廊内线路高度密集的同塔多回路输电线路，其下方的工频磁感应强度最大值仍远低于环境影响评价标准限值。 参考文献： 【1】吴斌 220kV 同杆多回输电线路的工频磁场研究 上海交通大学硕士论文 2006 【2】冯慈璋，马西奎，工程电磁场导论，北京：高等教育出版社，2000，pp36-38 【3】胡白雪 超高压及特高压输电线路的电磁环境研究 浙江大学硕士学位论文 2006.5
