韦立 杜彬仰
（1 广东智环创新环境科技有限公司 广东广州 510000 2 广东省生态环境监测中心 广东广州 510000）
随着经济的快速发展，我国电网结构日益复杂，高压输电线路的数量和里程越来越大，其中，110 kV 架空输电线路数量最多［1-2］。高压输电线路运行过程中，会出现电晕和无线电干扰等现象，对周围环境产生一定影响［3-4］。因此对高压输电线路周围电磁环境进行研究，对于指导输电线路施工建设和保障居民正常生活具有重要意义［5-6］。
输电线路在运行过程中产生的电磁场对会自然环境产生一定影响，为此，专家学者们提出了许多电磁场计算方法，常用的有边界元法、有限元法和模拟电荷法等［7-8］。文献［9］采用边界法对地下电缆产生的工频电磁场进行了计算，分析了输电线路周围电磁场对环境的影响，并提出了降低电磁场影响的措施。文献［10］采用有限元法分析了500 kV 输电线路的电场分布情况，利用EFA-300 仪器对线路周围电场强度进行了测量，结果表明，仿真结果与测量结果基本一致。文献［11］利用模拟电荷法建立了输电线路电磁场通用计算模型，采用实际算例验证了模型的正确性。
本文以110 kV 输电线路为研究对象，通过实地测量获取110 kV 架空输电线路电磁环境数据，并利用COMSOL 有限元软件进行仿真分析，对比测量结果和仿真结果，验证仿真模型的正确性。
1.1 测量方法介绍
测量日当天天气情况如下：天气晴朗，气温18～30 ℃，湿度75%。上述条件均符合测试条件。
110 kV 架空输电线路排布方式为同塔双回，横担高度为24 m，两基杆塔的档距为200 m，相间距离为3.5 m，图1 给出了现场测量示意图。
图1 现场测量图
1.2 测量结果
在架空输电线路下方如图1 所示的位置。分别对探头高度为0.75 m 和1.50 m 的电场强度和磁场强度进行测量，测量结果分别如表1 和表2 所示。
表1 不同测量位置下电场强度测量结果 单位：V/m
表2 不同测量位置下磁场强度测量结果 单位：μT
由表1 可知，随着探头高度的增加，3 个测量位置的电场强度均逐渐增大，其中两回路中心增幅最大。在两回路中心测量高度为1.5 m 时测得最大电场强度，其值为384.59 V/m，我国规定限值为4 000 V/m，可见，测量结果符合要求，该输电线路周围的电场强度符合规范要求。
由表2 可知，随着探头高度的增加，3 个测量位置的磁场强度均逐渐增大，其中两回路中心增幅最大。在两回路中心测量高度为1.50 m 时测得最大磁场强度，其值为0.574 μT，我国规定限值为100 μT，可见，测量结果符合要求，该输电线路周围的磁场强度符合规范要求。
2.1 仿真模型
在COMSOL 有限元软件中搭建110 kV 同塔双回输电线路模型，取一段横担高度为24 m、档距为200 m 的导线进行分析。110 kV 输电线路仿真模型如图2 所示。
图2 110 kV 输电线路仿真模型
在COMSOL 软件中设置相关参数，根据导线和杆塔材料施加材料属性，并进行网格划分，图3 给出了模型剖分后的结果图。
图3 模型剖分后的结果图
该条导线在实际运行时的相电压有效值为6.668 kV，电流有效值为150 A，在软件的AC/DC 模块中的mf 场设置激励条件，在Ec 场设置边界条件，在回路1 中施加激励，在回路2中不施加激励，以保持仿真环境与线路实际运行情况的一致性。
2.2 仿真结果分析
2.2.1 空间电场分布
仿真结果的电场分布图如图4 所示，由于回路1 和回路2的激励条件不同，导致其电场分布不对称，回路1 一侧的电场强度明显比回路2 小，但整体而言，电场强度随着对地距离的增加而逐渐增大。
图4 电场分布图
利用COMSOL 软件对模拟测量点的电场强度进行计算，计算结果如表3 所示。由表3 可知，仿真结果的变化趋势与测量结果基本一致，其电场强度最大值为378.88 V/m，略小于实际测量值。
表3 不同测量位置下电场强度仿真结果 单位：V/m
2.2.2 磁场分布
仿真结果的磁场分布图如图5 所示，由图5 可知，回路1一侧的磁场强度明显比回路2 小，但整体而言，磁场强度随着对地距离的增加而逐渐增大。
图5 磁场分布图
利用COMSOL 软件对模拟测量点的磁场强度进行计算，计算结果如表4 所示。由表4 可知，仿真结果的变化趋势与测量结果基本一致，其磁场强度最大值为0.516 μT，略小于实际测量值。
表4 不同测量位置下磁场强度仿真结果 单位：μT
为了进一步验证仿真结果的正确性，将电场强度实地测量结果与仿真结果进行比较，具体如表5 所示。由表5 可知，高度为0.75 m 时，电场强度测量值与仿真值之间的误差相对较大，最大误差为12.00%。高度为1.50 m 时，电场强度测量值与仿真值之间的误差较小，最大误差为2.43%。可见，距离导线越近，输电线路周围的电场强度越大。
表5 不同探头高度下电场强度测量值与仿真值比较
将磁场强度实地测量结果与仿真结果进行整理，具体如表6 所示。由表6 可知，高度为0.75 m 时，两回路中心、回路1和回路1 向外2 m 3 个位置的相对误差分别为5.28%、1.49%和9.89%。高度为1.50 m 时，3 个位置的相对误差分别为10.10%、8.81%和10.81%，最大误差为10.81%，从整体上看，距离导线越近，输电线路周围的磁场强度越大。
表6 不同探头高度下磁场强度测量值与仿真值比较
综上所述，110 kV 架空输电线路周围磁场的测量值与仿真值存在一定误差，但误差均控制在12%以内。误差控制较好，验证了仿真结果的正确性。
本文对110 kV 架空输电线路电磁环境进行了实地测量，并对测量结果进行了分析，采用COMSOL 有限元软件搭建了110 kV 输电线路电磁环境仿真模型。仿真分析结果表明，测量点的最大电场强度和磁场强度分别为378.88 V/m 和0.516 μT，接近实地测量结果，验证了仿真模型的正确性和实用性。
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