基于1000kV特高压交流输电线路的电磁环境研究

摘要

为了实现能源的高效利用，逐步形成以电能为中心的能源格局，同时也应对越来越明显的能源资源与能源需求的逆向分布问题等，国家正大力建设特高压电网以满足社会发展的需求。特高压交流输电设备可能产生的电磁危害已经引起人们的关注与担忧。有许多学者对特高压交流输电设备可能造成的电磁辐射进行过研究。但是，选取的特高压交流输电线路模型简单，输电杆塔单一，与实际特高压交流输电工程有着较大差距;考虑特高压交流输电线路对人体的影响比较简单，多将人体看为一个求解域等。基于此，本文研究现行较多采用的特高压交流输电杆塔和改进的特高压交流输电杆塔线路附近的电磁环境变化规律，并作出电磁环境安全评估。
　　论文基于现行的1000kV特高压交流输电工程，分析一些常见因素，如离地高度、相间距、线路分裂根数、线路排线方式、双回路相序和计及线路弧垂等因素对特高压交流输电线路周围工频电磁场分布的影响，同时对现行的1000kV特高压交流ZMP1猫头型输电杆塔线路和采用国家电网一些主要研究单位提出的紧凑型输电杆塔线路周围工频电场和工频磁场的分布情况进行比较分析。
　　结合国内外权威期刊给出的人体尺寸与机体组织电磁参数，同时进行部分验证，构建贴近实际的人体模型。研究1000kV特高压交流ZMP1猫头型和紧凑型输电杆塔线路在长年常见的天气情况下计及实际弧垂线路以及经过具有典型高度差区域的线路下方的人体附近和人体内部，包括人体躯干和人体头部的头皮、颅骨、脑组织以及脑组织中的头部中枢神经系统等的电场强度、电流密度和磁感应强度分布规律，并对几种仿真计算结果进行对比分析。对于电磁辐射安全，与国际通用的ICNIRP(InternationalCommission on Non-Ionizing Radiation Protection，国际非电离辐射防护委员会)导则中的职业人员限值和普通民众限值标准进行比较，作出电磁辐射安全评估，并给出防护建议。
　　结果表明:我国目前的1000kV特高压交流输电线路，对位于其附近的人体中产生的电场强度、电流密度较大值部分主要集中于人体的机体组织连接处以及腿部。现行的ZMP1猫头型1000kV特高压交流输电杆塔线路在人体内产生的电场强度和磁感应强度没有超过ICNIRP导则中普通民众限值，电流密度则在人体组织连接处与腿部存在超出ICNIRP普通民众限值的风险，但没有超过ICNIRP导则中的职业人员限值。而采用紧凑型输电杆塔的1000kV特高压交流输电线路能较大地降低在人体中产生的电场强度、电流密度和磁感应强度。对于在1000kV特高压交流ZMP1猫头型输电杆塔线路附近的普通民众，应注意对身体组织关节处以及腿部的电磁辐射防护。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 我国特高压输电的发展现状

1．1．2 特高压交流输电线路的电磁环境问题

1．2 国内外特高压交流输电电磁环境研究现状

1．2．1 国外研究动态

1．2．2 国内研究动态

1．3 论文的主要研究内容

2 1000kV特高压交流输电线路空间工频电场研究

2．1 输电线路空间电场的仿真计算原理

2．1．1 悬链线模型

2．1．2 模拟电荷法

2．2 1000kV特高压交流输电线路空间工频电场的主要影响因素分析

2．2．1 离地高度对工频电场的影响

2．2．2 相间距对工频电场的影响

2．2．3 分裂根数对工频电场的影响

2．2．4 排线方式对工频电场的影响

2．2．5 双回路相序对工频电场的影响

2．2．6 计及线路弧垂对工频电场的影响

2．3 小结

3 1000kV特高压交流输电线路空间工频磁场研究

3．1 输电线路空间磁场仿真计算原理

3．1．1 磁感应强度的二维计算模型

3．1．2 特高压交流输电线路空间工频磁场三维计算模型

3．2 1000kV特高压交流输电线路工频磁场的主要影响因素分析

3．2．1 离地高度对工频磁场的影响

3．2．2 相间距对工频磁场的影响

3．2．3 分裂根数对工频磁场的影响

3．2．4 排线方式对工频磁场的影响

3．2．5 双回路相序对工频磁场的影响

3．2．6 计及线路弧垂对工频磁场的影响

3．3 小结

4 加入人体模型的1000kV特高压交流输电线路的电磁环境研究

4．1 工频电磁场对人体造成的安全隐患及辐射限值

4．1．1 一些主要国家的工频电磁场户外暴露限值

4．1．2 渗入人体的工频电磁场辐射限值

4．2 模型的构建及加入介质的仿真计算原理

4．2．1 构建的人体结构模型

4．2．2 人体各组织的电磁参数

4．2．3 有限元软件Comsol Multiphysics介绍

4．2．4 考虑介质的电磁场仿真计算原理分析

4．3 1000kV特高压交流输电线路下人体的电场效应研究

4．3．1 对人体的电场强度分析

4．3．2 对人体的电流密度分析

4．3．3 不同塔型的输电线路对人体的电场效应仿真计算结果比较

4．3．4 猫头型杆塔线路经过具有高度差区域对人体的电场效应分析

4．3．5 紧凑型杆塔线路经过具有高度差区域对人体的电场效应分析

4．3．6 不同塔型的输电线路经过具有高度差区域对人体的电场效应比较

4．4 1000kV特高压交流输电线路下人体的磁场研究

4．4．1 对人体的磁场分析

4．4．2 不同塔型的输电线路对人体的磁场仿真计算结果比较

4．4．3 输电线路经过具有高度差区域对人体的磁场分析

4．4．4 不同塔型的输电线路经过具有高度差区域对人体的磁场比较

4．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果