特高压交流输电线路空间工频磁场特性的预测研究

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1、特高压交流输电线路空间工频磁场特性的预测研究扌商要：通过建立特高压交流输电线路空间工频磁场的时域数学模型，有效地解决了在复域模型中求解的繁琐过程，提高了运算速度，扩展了适用范围。利用建立的预测模型分析了我国特高压交流输电线路产生的工频磁场的横向分布规律，以便在岀现最大磁场感应强度的地方做好屏蔽工作。从控制工频磁场的角度定量研究了线路负荷电流大小、导线对地高度、单回路时的导线布置形式和双回路时的相序布置方式等主要因素的影响程度，为工程设计人员提供更为直观的参考和借鉴。关键词：交流；特高压输电线路；工频

2、磁场；预测1引言发展百万伏级交流特高压电网，对于满足我国电力需求的持续快速增长，优化能源资源配置方式，促进电网与电源协调发展，提高社会综合效应，推动电力技术创新和电工制造业技术升级等具有重要的意义，同时，也是实现全国电力资源优化配置的一项战略性举措⑴。随着输电电压等级的不断提高和我国环保事业的不断发展，电磁影响将成为决定输变电工程建设的重要因素，但对于特高压输电线路，过去一直偏重于研讨工频电场对环境的影响,而较少考虑工频磁场的影响问题。因此，本文基于空间工频磁场的时域数学模型，重点研究了特高压交流输

3、电线路的工频磁场的分布规律及减小磁场强度的方法，旨在为我国特高压交流输电线路的优化设计提供参考和借鉴，以保证建成后的线路能够满足环境限值的要求。2特高压交流输电线路空间工频磁场的数学模型2.1理论基础由于工频情况下电磁性能的准静态性质，线路的磁场仅由电流产生。把安培定律应用于载流导线，并将计算结果叠加，可求出导线周围的磁场强度。和电场强度计算不同的是关于镜像导线的考虑，与导线所处高度相比这些镜像导线位于地下很深的距离d,近似可取⑵：d=660算(1)式中，°为大地电阻率；/为电流频率。而要进行磁场的

4、精确计算需要采用复镜像理论来计算镜像导体的深度，其基本原理是将大地的影响等效为地下的一等值反向电流所产生的影响⑶。设导线在地面以上高度为y,则复镜像深度为y+a,其中«=y[2Se-j7114(2)5=503(仇〃严=503(1/

5、度为：H=—(4)2/rr为了符合单位规范，实际应用中将H转换为磁感应强度B表示：B3=—,"丿卩2”2/rJ(x_Xj2+(),_乙尸式中，3“为空间卩点的磁感应强度；(X：，X)、(x,y)分别为导线和卩点的坐标值；厂为导线到〃点的距离。对于特高压输电线路，由于其内部通有的交流电流随着时间不断的变化，所以采用“时域法”来建立工频磁场的数学模型，使其求解过程简单直观，从物理概念上也更加容易理解。(1)特高压交流单回输电线路将三相对称电流匚、几、「表示成瞬时值的形式，并令4相电流的相位角为炉，则由叠

6、加原理可推出，三相导线在〃点的合成磁场的水平分量为：B严弘讥理屮B严如冋上i=l2冗vY.-y2y-y4.二COS0+2/COS(0__龙)+■3/COS(0__7T):r3$3令=a，贝族'f(g_y)2+(x._x)23B严工B,x=J=l同理，令w=_X「_x二乞二,贝

7、J：1斥(E_y)2+(/_x)224W}COS(p+W2COS(0——7T)+W3COS(0——71)3324S]COS(p+S2COS(0——71)+SyCOS(0——71)Xj—x(6)=K[McosQ+Nsin©](7

8、)B、=ZBiy=/=1则空间任一点的合成磁场为：B=+B；=K-J[(Mcose+Nsin©)?+(M〕cos(p+N、sin©)*式中，k=屁”。2/r由于三相输电的电流随时间不断变化，因此0点的工频磁场也随时间而变化，=K・[冏cos(p+N、sin(p(8)(9)所以在空间不同点的最大场强所对应的电流相角0是不同的。当dBtJcl(p=0时，/?(x,y)点的合成磁感应强度才达到最大值，所求的相角©为：12(MN+MN)(p=—arctg——V———2(M2+M；)_(N2+N

9、2)(1

10、0)将上式代入(9)得三相输电线路在〃点产生的最大磁感应强度的幅值为:式中,BM2+M：+N2+Nj+J[(M2+M]2)_(N2+N；)『+4(MN+M

11、NJ2J(11)1=1I宀N严帥si/=!IBh・B、=KBp=ikM2+Mj+"2+Nj+J[(m2+M：)_(n2+N；)£-12o+4(MN+MNJ2(14)式中,s严牙_（_y）2+（x厂兀）2Xj-xa・—y)2+(xT1=1I3N=》[s,sin1=1I2(i7t3（2）特高压交流同塔双回输电线路特高