高铁穿越输电线路，会明显影响线路空间电场，带来供电和生态隐患

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摘要

国网河南省电力公司郑州供电公司、华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室的研究人员张松刚、何正浩、杨富磊、张玉婵，在2019年第6期《电气技术》杂志上撰文指出（论文标题为“跨高铁架空输电线路空间电场扰动分析”），高压线路的空间电场环境变化会带来严重后果：一方面，影响自身稳定运行，降低供电的可靠性；另一方面，带来生态影响，并损伤邻近结构。

穿越架空输电线路的高铁速度快、体积大，为研究跨高铁输电线路空间电场扰动的影响，本文采用有限元分析的方法，建立线路-高铁的二维电场模型并仿真分析。结果可见，高铁穿过架空输电线路会使线路下方的工频电场产生畸变，线路正下方畸变程度最大，越靠近高铁畸变越明显；高铁通过线路下方并引起畸变时，线路的对地距离是一个重要的影响因素。因此，跨高铁对架空输电线路的空间电场扰动较大，需引起关注和采取必要措施。

高压线路正常运行时，因为架空输电线路与大地之间存在一定的电势差，所以周围存在稳定、或强或弱的工频电场。但当架空输电线路跨越高速铁路时，由于高铁材料和结构的特殊性，跨越段线路的空间电场分布会受到波动影响。首先，根据电磁感应定律，这种瞬时波动会影响供电系统的稳定运行，降低供电的可靠性；其次，对长期或者短期处在这种环境的生物产生不可逆的损伤，带来生态影响。

目前在研究输电线路电场时，国内外学者常用的方法有有限元法、矩量法、模拟电荷法、等效电荷法及镜像法等。

彭湃等人分别基于有限元和模拟电荷的方法，建立输电线路数学模型，进行工频电场数值计算，并对比两种方法；
王群等人基于模拟电荷法，针对110kV高压输电线路建立模型，进行了电磁场数学建模计算，并进行了现场电磁场分布测量且测量数据和计算结果吻合度较高；
黄韬等人介绍了矩量法的基本原理，使用基于矩量法的CDEGS软件计算某线路的工频电磁场分布，并进行了现场实测，误差不超过10%；
朱艳秋等人，针对220kV输电线路，采用计算机辅助分析软件，研究了不同因素对工频电磁场分布的影响，包括导线排布方式、导线相间距、导线对地高度等；
封滟彦等人，建立了超高压输电线路的二、三维电场模型，利用Matlab软件，编制基于模拟电荷法的计算程序、进行数值计算，得到了地面附近电场强度的分布规律；
黄俊璞等人，针对500kV超高压输电线路，基于ansoft软件对不同障碍物进行三维建模仿真，给出了房屋模型、山坡模型的仿真结果，由于障碍物属于零点位，所以在靠近障碍物时电场强度会加快衰减为零；
苏超等人，仿真分析了房屋对架空线路空间电场分布的畸变作用，指出架空线路下方金属导体的感应电势受放置高度和周围环境的影响。

本文借鉴前人的研究，首先采用模拟电荷法计算输电线路的二维电场；其次运用Maxwell软件，创新性的建立二维线路-高铁模型，仿真高铁对线路空间电场的畸变作用；再者，分析线路对地高度和畸变程度的关系。

图3 跨高铁线路示意图

结论

本文以跨高铁220kV高压输电线路为例，针对高铁是否会引起线路下方电场分布发生畸变的问题，建立了二维线路模型，运用Maxwell仿真软件进行了数值计算，结果显示跨高铁对架空输电线路的空间电场扰动较大，因此在架设跨高铁高压线路时，需引起关注和采取必要措施。

本文主要结论有：

1）高铁的存在，会导致线路下方的空间工频电场发生畸变。畸变最严重的位置在线路中心正下方，距线路中心的水平距离为0～5m，且越靠近中心位置畸变越严重。
2）高铁导致电场畸变的程度，与测点的对地距离有关，越靠近高铁畸变程度越大。当对地距离大于16m时，畸变基本忽略。
3）当有高铁时，输电线路的对地距离对电场分布影响较大，故可以通过增加线路的对地距离来改善电场扰动。