畸变电场影响因素的探讨

畸变电场是决定线路与建筑物间安全距离的关键性因素。建筑物的钢筋结构影响了空间电荷分布，改变了空间电场强度，建筑物结构包括面积、高度、钢筋密度、钢筋粗度等因素的不同导致建筑物附近工频电场的畸变程度不同。同时杆塔高度（导线对地高度）和相序布置对线路工频电场的影响较明显，也是影响畸变电场的关键因素。

相关规程以4kV/m作为公众全天辐射工频电场的评价标准，中国线路设计和建设时以此限值标准为依据。对于畸变电场，目前国内外缺乏相关研究，未明确规定其限值标准，本章暂以4kV/m作为限值标准来推算特高压输电线路跨越建筑物所需的安全距离。

为准确推求特高压线路跨越建筑物的安全距离，本节以1000kV同塔双回线路为例，计算了随建筑物结构、杆塔高度、相序布置等因素的变化，建筑物顶部和阳台处畸变电场和安全距离的变化程度，提出了降低建筑物附近畸变电场、节约线路走廊的有效措施。

在本节的后面计算中，假设双回线路下相对地高度取规程规定的最小值25m。随着双回线路下相对地高度升高，线路所需的垂直安全距离和水平安全距离会有所减小。

13.4.3.1　建筑物结构的影响

1）建筑物高度的影响

建筑物高度对线路跨越建筑物所需的垂直安全距离和水平安全距离都有一定影响。本节首先分析了被跨越建筑物高度在4～22m范围时，建筑物高度对畸变电场及其垂直安全距离的影响，分析时先将建筑物与输电线路的垂直安全距离取为规程推荐值15.5m（见表13-17），求得建筑物顶部的畸变电场，然后以4kV/m作为畸变电场的限值标准，再计算得到建筑物所需的垂直安全距离。另外，分析了邻近的建筑物高度在4～91m范围时，建筑物高度对畸变电场及水平安全距离的影响，分析时先将建筑物与输电线路的水平安全距离取为规程推荐值7.0m（见表13-17），求得建筑物阳台附近的畸变电场，然后以4kV/m作为畸变电场的限值标准，再仿真计算得到建筑所需的水平安全距离。计算结果如表13-18、图13-18、图13-19所示。

表13-18　建筑物高度对畸变电场和安全距离的影响

由表13-18可知，在规程推荐的垂直安全和水平距离下，建筑物顶部和阳台（邻近线路侧）附近的畸变电场远大于4kV/m的限值标准。且建筑物与输电线路的距离一定时，建筑物越高，畸变电场越大，建筑物由4m升高到22m，建筑物顶部畸变电场的最大值从10.18kV/m增加到14.21kV/m（39.6%）；建筑物由4m升高到91m，建筑物阳台上畸变电场的最大值从6.42kV/m增加到了56.33kV/m。

由图13-18可知，建筑物越高，建筑物与导线间所需的垂直安全距离越大，值得注意的是，随建筑物高度的增加，安全距离增加幅度减小。

图13-18　建筑物高度对垂直安全距离的影响图示

由图13-19可知，建筑物越高，建筑物与导线间所需的水平安全距离越大，值得注意的是，随建筑物高度的增加，安全距离增加幅度减小。当建筑物高度超过37m时，所需的水平安全距离不变，为33.6m。

图13-19　建筑物高度对水平安全距离的影响图示

2）建筑物面积的影响

表13-19给出了建筑物面积对畸变电场及建筑物与导线间所需的垂直、水平安全距离的影响。

表13-19　建筑物面积对畸变电场和安全距离的影响

由表13-19可知：线路跨越建筑物时，建筑物面积越大，畸变电场越大，所需的垂直安全距离越大，建筑物面积由36m2增加到196m2，垂直安全距离增加了9.9m；线路邻近建筑物时，建筑物面积越大，畸变电场越小，所需的水平安全距离越小，建筑物面积由36m2增加到196m2，水平安全距离减小了0.6m，可见，建筑物面积对线路水平安全距离影响不大。

3）建筑物钢筋密度的影响

建筑物钢筋密度由11根/100m2增加到31根/100m2时，畸变电场及建筑物与导线间所需的垂直、水平安全距离的变化情况如表13-20所示。(www.xing528.com)

表13-20　建筑物钢筋密度对畸变电场和安全距离的影响

由表13-20可知：随每层建筑物钢筋密度增大，建筑物顶部的畸变电场略有增大，所需的垂直安全距离略有增大；建筑物阳台处的畸变电场基本不变，所需的水平安全距离基本不变。钢筋密度由每100m2 11根增加到31根时，垂直安全距离仅增加了1.5m，而水平安全距离基本保持不变。因此，每层建筑物的钢筋密度对建筑物与线路间所需安全距离影响不大。

4）建筑物钢筋粗细的影响

建筑物钢筋半径由0.005m增加到0.025m时，畸变电场及建筑物与导线间所需的垂直、水平安全距离的变化情况如表13-21所示。

表13-21　建筑物钢筋粗度对畸变电场和安全距离的影响

由表13-21可知：建筑物钢筋半径越大，建筑物顶部和阳台处的畸变电场增大，所需的垂直、水平安全距离略有增大。建筑物钢筋半径由0.005m增加到0.025m时，垂直安全距离仅增加了0.5m，水平安全距离仅增加了0.9m。因此，建筑物钢筋粗度对建筑物与线路间所需安全距离影响不大。

通过对建筑物高度、面积、钢筋密度和钢筋粗细对畸变电场和安全距离的影响研究结果表明：

（1）建筑物高度对畸变电场和安全距离有明显影响，建筑物越高，畸变电场越大，建筑物与导线间所需的安全距离越大，但随着建筑物高度的增加，安全距离增加幅度减小。

（2）建筑物面积、钢筋密度、粗细对建筑物附近的畸变电场和线路所需安全距离影响不大。

13.4.3.2　杆塔高度的影响

线路跨越建筑物时，提升杆塔高度，抬高导线对地距离，即增加了线路与建筑物的垂直安全距离，可减小建筑物顶部的畸变电场。但杆塔高度变化又会影响到水平安全距离，本节主要研究线路邻近建筑物时杆塔高度与畸变电场和水平安全距离的相互关系，仿真时选取两个典型情况：1层4m高建筑物（低房）和15层46m高建筑物（高房）。

表13-22给出了下相导线对地高度从25.0m抬高到33.0m时，畸变电场和水平安全距离的变化情况。

表13-22　杆塔高度对畸变电场和水平安全距离的影响

由表13-22可知：对于线路邻近1层4m高建筑物的情况，下相导线对地高度从25.0m抬高到33.0m，水平安全距离减小了2.0m；对于线路邻近15层46m高建筑物的情况，下相导线对地高度从25.0m抬高到33.0m，水平安全距离基本不变。

对于特高压输电线路而言，抬高导线高度对建筑阳台处的畸变电场和水平安全距离影响不明显；同时，提高导线对地高度同样会增加工程造价，降低线路耐雷性能。因此，实际工程应从经济性出发，权衡对比增加杆塔高度与增加线路走廊宽度两种措施，以合理确定导线对地高度。

13.4.3.3　相序布置的影响

相序布置对同塔双回线路的电磁环境影响明显，选择合适的相序布置可经济有效地减小线路下方的工频电场，本节计算了1000kV同塔双回输电线路两种典型相序布置下，线路跨越、邻近建筑物时畸变电场和水平安全距离的变化情况，如表13-23所示。

由表13-23可知，选择合适的相序布置能有效减小线路跨越建筑物的畸变电场和导线与建筑物间所需的安全距离，正相序布置（ABC/ABC），线路跨越、邻近建筑物时，建筑物顶部、阳台处的畸变电场最大，建筑物所需的垂直、水平安全距离最大；逆相序布置（ABC/CBA）最小。逆相序与正相序相比，垂直安全距离减小了41.3m，水平安全距离减小了32.4m。因此，合理选择双回线路的相序布置是减小畸变电场和节约线路走廊最经济有效的措施。

表13-23　相序布置对畸变电场和安全距离的影响