特高压交流输电线路电磁暴露安全评估研究

发布时间：2020-04-18 09:35

【摘要】：为解决我国能源资源与负荷中心逆向分布的矛盾,近年来,我国正大力发展跨区域的特高压输电联网工程,这对于促进地区间的协调发展、实现能源资源在全国范围内的优化配置具有十分重要的意义。与此同时,特高压交流输电线路的电磁暴露问题越来越引起人们的关注和担忧。针对鲜有文献研究电磁场与人体相互作用等问题,本文运用电磁剂量学方法分别对典型单回路和同塔双回路特高压交流输电线路对人体的工频磁场与工频电场效应进行仿真计算研究,并结合国际非电离辐射防护委员会(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection,ICNIRP)制定的电磁暴露安全防护导则进行安全评估。为对单回路及同塔双回路1000kV特高压交流输电线路的电磁暴露进行安全评估,论文首先运用SolidWorks建立总身高1.75m三维的成年人人体站姿模型,其次采用四阶Cole-Cole模型对人体各主要组织的相对介电常数和电导率进行计算,单回路杆塔采用晋东南-南阳-荆门1000kV特高压交流示范工程中典型的酒杯塔和猫头塔,双回路杆塔采用淮南-上海(皖电东送)1000kV特高压交流输变电工程中典型的鼓形塔和伞形塔,然后采用基于有限元法的软件COMSOL Multiphysics逐个建立起单回路酒杯塔与猫头塔输电线路、考虑线路弧垂影响的同塔双回鼓形塔与伞形塔输电线路的工频磁场及工频电场共计8个三维的电磁暴露安全评估数学模型,依次计算出各模型下人体头皮、颅骨、脑组织和躯干中的磁感应强度、感应电场强度和感应电流密度的大小及分布规律,最后将计算结果与国际通用ICNIRP电磁暴露安全防护导则进行对比并进行安全评估。结果表明:单回路酒杯塔线路与猫头塔线路、同塔双回鼓形塔与伞形塔线路的工频磁场暴露均不会对人体健康构成威胁;对单回路酒杯塔线路的工频电场暴露,职业人员是安全的,处于输电线路走廊宽度之内的公众需要注意小腿及脚踝处超标的感应电流密度的防护;对单回路猫头塔、同塔双回鼓形塔与伞形塔线路的工频电场暴露,处于输电线路走廊宽度之内的职业人员和公众均需采取一定的措施以防护小腿及脚踝处超标的感应电流密度;从电磁暴露剂量学的角度出发,单回路酒杯塔线路要优于猫头塔线路,同塔双回伞形塔线路要优于鼓形塔线路。
【图文】：

示意图,人体模型,尺寸,介电特性

图 2.3 人体模型尺寸示意图组织电参数的提取织的介电特性（相对介电常数和电导率）是研究生物体与电磁场。同一频率下的不同生物组织具有不同的介电特性，，同一生物组不同的介电特性。1996 年，Gabriel 根据 17 种不同人体生物组织在 10Hz~20GHz 的

猫头,酒杯,人体,导线

面向导线的传输方向，设置人体脚底接地，并设置空气域的最外围为磁绝缘，仿真电流的有效值取4000A，酒杯塔下磁场暴露安全评估模型总的网格剖分自由度数约为210万，猫头塔下磁场暴露安全评估模型总的网格剖分自由度数约为 213 万，在内存为 12G 的计算机上完成两种模型的求解需要的时间均为 10 分钟左右。3.2.1 人体磁感应强度的大小及分布(1) 人体及其周围磁感应强度分析1000kV 特高压交流输电线路带电运行时，导线内的电流将周围一定空间范围内产生交变的工频磁场，交流输电线路产生的工频磁场是三相电流共同作用的结果。由于人体不属于磁性类物质，因此，导线下方的人体不会对磁场的传播产生明显的干扰。人体周围磁感应强度分布对比如图 3.2 所示，左侧为导线“IVI”水平排列的酒杯塔下仿真结果，右侧为导线“IVI”三角排列的猫头塔下仿真结果，以下皆同。从图 3.2看出，人体的磁感应强度分布规律与周围空气相同，并没有因为人体的生物组织特性而产生任何畸变，磁感应强度的等位分布为圆弧形。而对于具体塔型下人体内部的磁感应强度分布，则与人体站位和人体相对于导线的位置有关。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM75

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