输变电工程电磁环境防控措施分析

输变电工程电磁环境防控措施分析

陈云顺

云南耀荣电力有限公司，云南昆明  650200

摘要：电磁场是一种特殊的物质，具有物质所具有的一些属性，如占有空间、可以运动、具有能量，但电磁场和由分子、原子所组成的物质又有区别，比如原子、分子占据某一空间后，其他原子、分子不能再占领，但电磁场占据某一空间后，其他电磁场还可以加入进来，形成电磁场叠加。

关键词：输变电工程；电磁环境；防控措施

近年来，伴随科学技术的进步，电磁设备数量与日俱增，电磁频谱信号愈发密集，频谱资源出现紧张局面，电磁环境与态势也愈发复杂，给正常秩序运行和无线电监测管理带来严重影响。对于电磁环境及其态势的研究是电磁领域的一项重要课题。在民用上，电磁环境态势认知有助于无线电频谱管理、打击非法通信设施、营造良好的社会氛围；在军事上，电磁环境态势认知有助于指挥员掌握电磁环境的状态和趋势，把握战场敌我双方的电磁兵力分布，能够对电磁环境态势的威胁程度给出有效评估，有助于提高电子对抗效果。因此，对电磁环境态势生成和认知研究具有重要的理论意义和军事使用价值。

1电磁环境影响因素

1.1线路特征

输电线路的导线表面场强是影响导线电晕放电的主要因素，而电晕会伴随电晕损耗与无线电干扰产生。可见，工频电场的大小对电磁环境产生了较大的影响。相关研究表明，影响电磁环境的因素众多，包括均压环、导线结构与分裂导线排列顺序等。相关学者研究了是否安装均压环情况下复合绝缘子的电场分布，采用有限元法并建立三维模型，其研究认为：配置合适的均压环可以有效改善合成绝缘子轴向电位分布的不均匀性，并能有效控制金具端部附近的场强；绝缘子伞裙对轴向电位和电场分布的计算结果影响不大，而悬挂导线会对复合绝缘子沿串电场分布的计算结果造成一定的影响。此外，其研究还通过比较复合绝缘子在塔窗内的2种悬挂方式(V型和I型)下的电场计算结果发现，2种悬挂方式下的绝缘子的轴向电场强度没有明显差异，V型串内部的空间电位分布相对均匀。

1.2覆冰环境

研究发现，输电线路绝缘子的覆冰威胁着电力系统运行的稳定性。对此，韩兴波等和谢庆等分别对输电线路覆冰问题进行了研究。前者研究的重点是空气中的水滴运动，分析了水滴从接触绝缘子开始，到在绝缘子表面形成覆冰的整个过程，以及绝缘子表面直流电场的影响规律，通过人工覆冰试验，验证了直流电场在不同情况下对复合绝缘了表面覆冰的影响，并对覆冰速率及覆冰形态进行了分析。相对于不带电的环境，在带电干增长覆冰条件下，复合绝缘子表面的覆冰会显得更加粗糙而不光滑，覆冰也会朝着各个方向增长。虽然电场在湿增长覆冰条件下对复合绝缘子覆冰速率影响较小，但是电场的存在会使得覆冰弯曲生长。其研究表明，在带电条件下，覆冰现象更明显，导致电场强度增大，造成电磁环境的影响加剧。而后者则是全面研究了覆冰对整个电磁环境的影响。其研究采用控制变量法，通过改变相关变量，如输电线路间的距离、分裂导线根数、子导线外径、分裂间距以及输电线的高度，分析了电磁环境在不同参数下的变化，并对比了有覆冰和无覆冰情况下的差异。

2不同电压等级下电磁环境分析

2.1高压

目前，在输电线路工程中，高压的划分范围为110～220kV，而跨区域、远距离和大规模电能输送的载体起源就是高压输电，故有必要针对高压输电线路的电磁环境进行研究。对此，王群等对110kV高压输电线路的电磁场进行了分析和评价，其通过模拟电荷法和数学模型计算了工频电场，而工频磁场则利用叠加原理计算得出。其计算结果表明：电场强度主要由垂直分量决定，水平分量对电场强度造成的波动不大;而磁感应强度则由水平和垂直两者共同决定，并在不同阶段起不同作用。同时，在对工频电磁场强度测试分析中，给出了电磁环境的相关评价标准，认为磁感应强度受周围环境、天气及温度等影响，并发现用电量高峰期磁感应强度较大。

2.2超高压

工程中，超高压的划分范围为330～750kV。由于我国现存的输电线路以超高压线路居多，对此，许多学者针对超高压线路实际工况下的电磁环境进行了研究。例如，许丹等以模拟电荷法为基础，构建出了架空线路下的电场强度计算模型，得出了计算电场强度的公式，并对国内某条500kV输电线路进行了研究，实际计算并测量了其工频电场强度，其研究认为：在线路设计时，在保障预算的情况下，应尽可能提高导线的架设高度，且采用紧凑型线路的模式，如设计成倒三角形式，这样可以最大程度地降低工频电场强度，并节约线路走廊。同时，在设计穿越居民区的输电线路时，对于同一铁塔上架设双回或多回路输电线路时应尽可能采取逆相序排列的方式。确定了不同极导线排列方式下满足地面合成电场限值要求的导线最小高度。其研究表明，选择合适的极导线排列方式能降低超高压输电线路对电磁环境的影响。

3输变电工程电磁环境防控措施

3.1变电站电磁环境防控措施

3.1.1优化布置形式

由于建筑物和进出线电缆化的屏蔽作用，在电压等级相同的条件下，地下布置型、户内型和半户内型变电站围墙外工频电场强度明显小于户外型变电站。因此在变电站的规划建设过程中，应充分考虑与周围环境的相对关系，合理选择布置形式，如对位于城区的220、110kV变电站，应首先考虑户内布置，降低周围电磁参数水平。

3.1.2优化配电装置选型

依靠金属封闭装置的屏蔽作用，GIS和HGIS布置的变电站围墙外的工频电场强度明显低于AIS布置的变电站。因此在环境敏感区域，或者电磁参数限值要求较高的重点区域，应通过优化配电装置选型降低周围电磁参数水平，如对于电磁污染较严重的电抗器，选用干式铁芯电抗器代替，同时在电抗器室采用非导磁性材料加以屏蔽；配电装置尽量采用开关柜及封闭式母线等，同时利用金属罩的屏蔽作用降低电磁场强度；使用控制合理的绝缘子，控制绝缘子表面放电；减少因不良接触而产生的火花放电；避免尖角及凸出物等引起火花放电产生高频电场等。

3.2输电线路电磁环境防控措施

3.2.1优化线路布置方式

若只考虑降低输电线路电磁参数，倒三角排列方式线下一定范围内电磁参数水平最低，因此可在满足架设要求的前提下，优先选择倒三角排列布置方式。

3.2.2提升导线对地高度

提升导线对地高度可有效降低线下一定范围内电磁参数水平，但当提升至一定高度后，继续提升时降低效果不明显，因此应综合考虑电磁环境及建设的经济性等。

3.2.3降低相间距

降低相间距离可在一定程度内减小线路下方工频电磁场强度，但当相间距过小时，可能会不满足相间绝缘距离要求而发生相间短路，因此降低相间距时应同时考虑相间绝缘限制。

3.3电磁环境态势异常检测

异常检测是指在数据中发现不符合预期行为模式。随着电磁环境的地位越来越高，造成的影响越来越严重，电磁环境态势异常检测也成为一个重要的课题，尤其在无线电管理、军事斗争等方面。异常的类型通常分为点异常、集合异常和上下文异常，电磁环境态势异常更多倾向于上下文异常。与此同时，它通常还区分为背景环境异常和有意识行为引发的异常，前者包含环境因素和无意识行为因素，包括雷电、人群移动等，后者特指含有目的性的电磁活动所引发的异常。电磁环境异常检测的目的是发现不符合预期的电磁环境态势，为电磁频谱管理和威胁评估提供依据。

异常是相对正常而言，正常电磁环境态势是指一定区域、时间、频段范围内的电磁频谱状态和趋势满足一定规律，比如，电磁频谱幅度或变化幅度在一定范围内有规律的变化。

异常电磁环境态势是指在时域、频域、空域等方面电磁环境态势超出正常变化区间，违背正常变化规律，比如，辐射源移动、开关机、功率调整等都可能造成异常。

当前，根据电磁环境态势的不同描述方法，图像表述类的电磁环境态势异常检测问题可以归类为时序图像的异常检测问题。深度学习技术在时序图像异常检测问题上应用广泛，具体针对电磁环境态势异常检测这一类任务时，将时序模型和图像模型联合检测是一个研究趋势。

4结论

加大对输电线路电磁环境的进一步的研究，人们就能更好地掌握其规律来制订更为合理有效的安全防护措施。有理由相信，未来的特高压输电线路建设工程在规划、设计与实际应用中将会更加合理与科学。

参考文献：

[1]肖俊.基于无人机的低空电磁环境监测与电磁态势可视化研究[D].中国民用航空飞行学院,2022.

[2]王瑜.特高压交流输电线路的电磁环境研究[D].东南大学,2016.