罗鹏

【摘 要】为了深入研究变电站站内工频电磁场在正常运行状态及故障状态时的分布情况，提高变电站工频电磁场仿真计算效率，以500kV变电站为例，采用CDEGS软件对变电站进行模型建立与工频电磁场分布的仿真计算。通过将仿真结果与实测结果的对比，验证了该软件的正确性。最后分析了变电站正常状态与故障情况的工频电磁场分布情况，优化变电站工频电场分布的各种情况，为其他电压等级变电站的计算与分析提供了一种有效方法。

【关键词】变电站;CDEGS;工频磁场;仿真分析

0引言

电力在社会生产和人类生活中的广泛应用，工频电磁场的分布已经越来越受到关注。目前我国输变电工频电磁场的职业暴露[1]限值分别为10kV/m、500uT。根据《电力行业作业场所工频电磁场安全防护规定（试行）》[2]将工频电磁场安全防护等级分为三级：0级（工频电场强度在5kV/m以下，或磁场强度在100µT以下）、Ⅰ级（工频电场强度在5kV/m～10kV/m或磁场强度在100µT～500µT）、Ⅱ級（工频电场强度在超过10kV/m或磁场强度超过500µT）。

目前，国内关于变电站的研究，关于变电站工频电磁场的测量分析较多[3～6]，而变电站工频电磁场的计算分析还比较少[7、8]。模拟电荷法[7]等较传统的电磁场计算方法分析电磁环境效率不高，还要有较强的编程能力。近年来，开始利用一些软件仿真分析变电站电磁场分布[9、10]。以 500 kV 变电站为例采用了 IES-Coulomb 软件进行了单个设备与单相设备仿真，并与文中方法计算结果对比，验证了计算结果的正确性[9]。采用CDEGS对晋东南特高压变电站进行了全局建模分析，预测了变电站线路下、保护小室与围墙外等处电磁场强度[10]。相比较而言，软件仿真分析灵活、可靠、简捷、适用于复杂结构的电磁环境计算。

1 矩量法及模型建立

1.1电站的数学计算模型

本文以某500kV变电站为例进行仿真计算。由于变电站内大多高压带电设备多且形状不规则，为了得到整个变电站内工频电场的总体分布情况，在建模过程中，对变电站进行如下简化处理：将母线、进线、出线和设备间相连的导线视为圆柱形导体，导线电压是已知的，导线为良导体，导线上的电压几乎不变，即不考虑线路损耗;不考虑变电站内如断路器、隔离开关等电气设备对电磁场的影响。采用CDEGS软件对500kV变电站进行建模，建模时设定地面为零电位且视为无限大平面，作为良导体考虑。导线各相施加电压按正弦规律变化，500kV各相电压幅值为500/√3kV，A、B、C三相电压依次滞后120°。

2变电站正常及故障状态下的工频磁场计算与分析

2.1常状态时的工频磁场计算

采用CDEGS软件，对500kV变电站站内离地1.5m处工频磁场分布进行计算分析。由于变电站内导线电流值大小随着负荷的大小而发生着变化。因此对工频磁场进行仿真计算时，假定每回进线的电流值大小为140A，每回出线的电流值大小为70A。最终求出地面上方1.5m处的工频电场分布三维图及等值色块图，如图1所示。

从图1中可以看出，变电站工频磁场强度值大多在1uT左右，工频磁场幅值最大值为1.97uT，远远低于工频电磁安全防护导则规定的职业暴露限值100uT（安全防护0级）。磁场强度较大值大多出现在每一回进出线的中间导线的下方，而随着距中间导线距离的增大而逐渐减小。由于母线上的电流值较小，因此母线下方磁场相对较小。整个变电站内的工频磁场都远远低于100uT，站内职员可安全持续的工作。

2.2故障状态时的工频磁场计算

图1和图2分别为进线发生单相、三相故障时变电站的工频磁场分布三维图。

从图2和3中可以看出，第一回进线发生单相短路故障跟发生三相短路故障时，工频磁场分布规律相似。单相短路故障时，工频磁场大多为100uT，大多位于安全防护0级。三相短路故障时，工频磁场大多为130uT，大多位于安全防护Ⅰ级。由于三相短路故障时各相工频磁场的叠加，使得工频磁场的幅值比单相短路故障的稍大。

由于变电站内自动保护装置如断路器等作用时间约为1s，因此站内磁场超过100uT的时间很短，且工频磁场幅值都远低于相关准则中职业暴露限值500uT。

3结论

（1）采用加拿大SES公司的CDEGS软件对某500kV变电站工频电磁场进行仿真分析，能在较短时间内完成模型建立及有效地计算变电站站内工频电场分布，仿真结果与变电站的实际测量数据都能基本吻合，为计算其他电压等级变电站的工频电场提供了准确、快速的方法。

（2）通过对500kV 变电站的工频电磁场进行仿真计算，分析了变电站的工频电磁场分布规律：工频电场强度较大值主要集中在导线交叉与每回导线外侧区域;工频磁场强度较大值主要位于每回导线的中间区域，工频磁场幅值大多为1～1.5uT。故障情况时，磁场强度幅值也远远低于暴露限值500uT。

参考文献：

[1]HJ/T 24-1998 500 kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范[S]，1998.

[2]徐禄文，李永明，刘昌盛，俞集辉，侯兴哲.重庆500kV变电站内工频电磁场及安全性研究[A].中国电机工程学会电工数学专业委员会.第十一届全国电工数学学术年会论文集[C].中国电机工程学会电工数学专业委员会：，2007：6.

（作者单位：国网重庆璧山供电公司）