关键词 模拟电荷法 输电铁塔 三维工频电场 电场计算 0 引言 超高压输电线路产生的电场会影响其周围物体及人的安全。有必要研究输电线路附近的电场强度及其分布。本文采用模拟电荷法计算了500kV输电线路铁塔附近的三维工频电场分布。1 数值算法 输电线路产生的电场现场实测难度较大。不考虑输电铁塔时，某些简单的输电线路可用近似的解析公式估算。铁塔附近电场的分布比较复杂，必须进行数值计算。 实验室模拟计算方法也不如数值计算简便、实用。采用模拟电荷法计算是比较有效的[1]。其它计算方法大多只研究了输电线路本身产生的电场分布，未能考虑铁塔的影响［2，3］。在实际输电线路中，铁塔对其附近的工频电场会产生较大的畸变。 为计算方便，将铁塔构架等效为圆形截面，模拟电荷采用线电荷，位于导线中心轴线，匹配点选在与模拟电荷对应的导体边界面上，同时在导体面上选择校验点［4］。从算法本身考虑，计算时将输电线路按不同的相位配置考虑，以模拟整个周期的电场变化过程，其三相线路初始相位配置如图1。以后每次计算时按反时针方向变化30°相角，直至180°，共计算7次即可得到模型电场的分布。2 算法验证2.1 计算模型 以500kV输电线路为例，线路的线电压为500kV；四分裂导线的直径为29mm；双避雷线接地，半径5.5mm ；将大地作为单层均匀土壤处理，土壤电阻率100Ω·ｍ。计算中对实际线路铁塔作了简化，忽略了部分对电场分布影响不大的铁塔金属结构件、绝缘子串和线路固定金具。双回线直线塔的结构及测点布置见图2。其中1～12分别为测点的轨迹。 2.2 电场计算与测试结果比较 对图2铁塔附近的三维电场进行了数值计算，同时作了实测予以验证。 测量采用GCD—100光纤场强电压表，其探头无源、体积小且无金属部件，测量时不会导致空间电场畸变，亦可防止外界电磁场干扰。 测量时分别从相线悬挂点的几何中心开始沿水平和垂直方向每隔0.5m测量1个点，直到塔身。图3为2A、2 B和2C处水平和垂直方向的测试和计算数据。图中d1为测量点与导线悬挂点间的距离，测试数据与计算数据均为有效值。由图3可见： 1） 计算值与测试值间有一定的分散性，但其变化趋势基本一致，最大误差<30%。经分析，误差的原因主要为计算所用铁塔模型的简化及登塔测量操作时的测量位置误差所致； 2） 水平方向的误差比垂直方向小。这可能是悬挂各相线的绝缘子及其金具对垂直方向影响较大； 3） 两端的误差较大，中间各点相对平稳。这可能是两端分别受线路和铁塔的散射影响较大。 以上分析表明，数值计算模型能够较好地反映实际电场分布，可以满足工程计算的需要。3 应用3.1 输电线路铁塔附近的空间电场分布 用模拟电荷法计算了图4的6种500 kV输电线路铁塔附近的空间三维电场分布。计算得出的铁塔中心截面上初相位为0°时的电位分布见图5。 通过对整个周期的电位分布比较，可找出电位变化最小的位置用来悬挂ADSS通信光缆等，使其受电蚀最小。也可用于预测带电作业的可行性，提出电磁防护措施和操作方法。3.2 单侧带电时的线路感应电压 如图2同塔架设双回线路，若1A、1B和1C侧带电而另一侧不带电时，计算2A、2B和2C各自4个分裂导线上感应电压的结果见表1。表中，1为上方靠近铁塔中心轴线的导线；2为上方远离铁塔中心轴线的导线；3为下方靠近铁塔中心轴线的导线；4为下方远离铁塔中心轴线的导线。从表1中可见，不带电侧各相导线的感应电压并不一样，2C相上的各导线感应电压最大；2B相上的各导线感应电压最小；各相中分裂导线间的感应电压也略有差异。 3.3 地面场强的分布 计算离地面1m处垂直于输电线路方向上的电场分布结果见图6。图中横坐标0点为输电线路纵向的几何中心位置;d2为测量点与离输电线路纵向几何中心的垂直距离。从图6中可见，有、无铁塔时地面场强分布差别很大。4 结论 a.采用模拟电荷法计算含有电力铁塔的输电线路的三维电场分布，与实际测量数据的比较表明，该算法是有效的，可满足工程计算的需要。计算结果可用于带电作业时的工况预测以及防护方式的选择；也可用于预测同塔架设ADSS通信光缆时的电场环境，选择合适的架设位置；还可为电力铁塔的设计提供必要的电场预测数据。 b.计算分析了单侧的感应电压及其地面场强分布，可为我国超高压输电线路同塔架设双回线路提供计算依据。 参考文献1 国际大电网会议第36.01工作组输电系统产生的电场和磁场.邵方殷等译.北京：水利电力出版社，19842 阮江军等.110kV架空线周围的工频电场.高电压技术，1999，25（4）：293 张启春等.高压架空线下空间场强的数学模型.高电压技术，2000，26（1）：194 Lee B Y, Park J K et al. An effective modelling method to analyze electric field around tran smission lines substations using a generalized finite lines charge. IEEE on PD, 1997, 12（ 3）:11435 毛凤麟.新型光电测量装置——GCD100光纤场强电压表.高电压技术，1995，21（2）：88
