高壓輸電線路電暈可聽噪聲研究綜述

肖 聲

（重慶市環境工程評估中心 重慶 401121）

高壓輸電線路電暈可聽噪聲研究綜述

肖 聲

（重慶市環境工程評估中心 重慶 401121）

伴隨著經濟的快速發展，不斷推動著我國的基礎設施建設，我國各地區的城市化、工業化進程不斷加深，這就要求更穩定可靠的電力供應，考慮我國的電力資源分布，需要考慮采用高壓輸電的方式才能滿足要求。然而，由此帶來的電暈可聽噪聲對環境的影響也非常值得我們關注。本文通過研究分析電暈可聽噪聲的來源、特征、產生機理和受影響的機制等，對如何有效降低可聽噪聲對環境的影響提出一些指導和建議。

高壓輸電；電暈放電；可聽噪聲；降噪

引言

重慶電網于1998年1月開始獨立調度，截止到目前220千伏及以下的輸送電網建設日益完善，全市范圍內農村電網改造面積高達98%，為重慶市地區的社會經濟發展提供了強有力的電力供應保障。在高壓遠程輸電方面，重慶市已成功實現向家壩至上海重慶段±800千伏高壓直流帶電，建立完成“日”字型500千伏高壓輸電雙環網，構筑起“西電東送”與全國聯網的中樞通道。高壓輸電技術的確解決了許多輸電難題，但也表現出了許多弊端，高壓輸電線路在工作時會在其周邊形成合成場強，致使空氣發生電離而導致電暈放電，最終帶來噪聲污染和電磁污染等問題，因此，高壓輸電線路沿線地區已成為環境問題的敏感區，環境問題相關的糾紛時有發生。

綜上所述，高壓輸電線路已經對環境造成了一定影響，為了適應環境友好型社會的發展要求，尋找高壓輸電線路產生噪音的機制、來源以及有效防止方法等具有重要意義。

1 電暈可聽噪聲來源

1.1 形成機理

高壓輸電線路在正常工作狀態下，其導線的附近區域形成合成場強，該場強分布隨著軸向遞減，從而導致空氣中作為規則運動的自有電子在該場強的作用下做定向運動，并由此獲得動能的提升[1]。獲得動能的自由電子與空氣中的分子碰撞，致使受到碰撞的原子的電子發生躍遷。電場的合成場強越高，空氣中的自由電子的動能越大。當電場場強的強度達到空氣發生電離的臨界值時，高動能的自由電子碰撞氣體分子將產生新的自由電子和離子，空氣發生電離。當電場的合成場強強度繼續升高，加劇了空氣產生的電離效應，最終產生電子雪崩。這時，大量的離子和自由電子充斥著整個電離區域，從而發生電暈放電現象[2]。

1.2 正負極性電暈的特征

輸電線路的電暈可分為正極性電暈和負極性電暈兩種[3]，因為極性的不同使得不同極性電暈放電存在很大差異。正離子在空氣中的遷移速率遠小于自由電子，正離子擴大了正極性電暈區的場強作用，而遷移速率較低的正離子則縮小了負極性電暈區的場強范圍，由此，負極性電暈區的范圍比正極性電暈區小。另外，正離子的遷移速率較低，因此正極性的電暈循壞周期就變長，這使得其規律性相對減弱。

1.2.1 負極性電暈

隨著施加在輸電線路負極性導線上的電壓逐漸升高，平均電流也不斷升高，而電流脈沖則經歷了從開始形成到頻率不斷提高，再到電暈電流轉換為持續性電流，最后到形成高幅值的不規則脈沖電流等過程。

從微觀層面來講，正離子在負極性電暈放電區內的遷移速率較低，并且可與區域內的電子和負離子電性中和，而自由電子則在場強的作用下向外遷移，但由于合成場強是隨軸向呈現逐漸衰減的趨勢，從而自由電子的運動加速度快速降低，于是，當自由電子與空氣中的分子發生碰撞時，形成的負離子大部分聚集在了電暈區外側，這就與部分電暈區場強相互抵消。當富集的負離子越多，電暈區被抵消的電場強度就越多，當低于空氣發生電離的臨界值時，空氣電離現象消失。而此時，包圍在電暈區外側的負離子繼續向外部擴散，電暈場強又開始升高，上升到一定值則有發生電離。由此便解釋了宏觀上的重復脈沖放電現象。

1.2.2 正極性電暈

正極性電暈的電流同負極性電暈的電流類似，但其規律性更弱。

對于正極性電暈放電過程，離子與自由電子同時向導線表面遷移，但自由電子的遷移速率更高，這就導致了在短時間內大量的正離子富集在電暈區內，正離子群與電暈區場強相互抵消，電離過程停止。但隨后，正離子群逐漸向外擴散，電暈區場強又逐漸提高，空氣的電離過程再次啟動。如此周而復始。

1.3 電暈放電可聽噪聲的影響因素

1.3.1 濕度

H2O屬于電負性分子，在空氣中因為能與自由電子發生碰撞而形成負離子，單位體積H2O密度越大，自然消耗的自由電子就越多，相對而言，正極電暈發生電子雪崩就需要更大的電場強度以適應相對減小的單位體積自由電子密度，亦即表現為引起空氣放電的電壓升高。但是，空氣中的H2O的密度升高對于負極性電暈來說作用效果相反，導線表面在濕度過飽和的空氣中形成吸附水層，因此局部表面曲率半徑降低，強化了場強強度，因此起暈電壓隨之減小。

1.3.2 降雨的影響

有研究表明，導線表面附著的雨滴將會改變空間電場的布局，而由于導線上下表面的雨滴粒徑不同，所以對空間電場的影響也會不同，從而導致空間電場的不均勻變化，起暈電壓因此而降低。最終表現為可聽噪聲的影響水平上升。

1.3.3 污穢的影響

導線上局部的曲率半徑的變化能引起起暈電壓的改變，某一局部區域的曲率半徑變小，則該處的起暈電壓也隨之降低。污穢會在導線表面上不均勻沉積，隨著污穢的不斷沉積，形成較小曲率半徑的區域數量增多，則易引起電暈放電的區域增多。另外，電暈區域內瞬時狀態下的離子濃度升高，電暈的抑制作用被增強，脈沖幅值降低。因此，污穢對電暈可聽噪聲水平的影響表現為放電點位數量隨著污穢的不斷沉積而逐漸增多，可聽噪聲的疊加聲壓級隨之增大。

1.4 電暈可聽噪聲的形成機制

研究表明，在電暈的合成場強作用下，離子群獲得了相對空氣分子較高的能量，由于離子的質量與分子無較大差異，所以，在合成場強作用下做定向運動的離子群將于空氣分子發生非彈性碰撞，空氣分子的內能增大，其布朗運動效應被增強，宏觀上表現為空氣振動，因此產生了寬頻的可聽噪聲。另外，由于大量的離子群定向移動與相向的空氣形成壓力差，從而產生聲壓，負極性電暈與正極性電暈均可產生此壓差，空氣分子在這種壓力下做周期性的振動，最終產生了具有一定頻率的輻射聲波。

電暈可聽噪聲相對于交流電路與直流電路的組成不同，交流電路產生的電暈可聽噪聲的組成包括純音和寬頻噪聲。而直流電路產生的電暈可聽噪聲構成則只包括具有脈沖特性和不連續性的寬頻噪聲。

2 輸電線路電暈可聽噪聲的測量

2.1 實際測量

在實際應用中，對于輸電線路噪聲參照《架空送電線路電暈可聽噪聲測量方法》(DL501-92)測量。結合實際情況、參考方法要求確定測量點位、規范操作、按照方法要求讀數等。具體的測量點位布置，應取在距交流線路外側導線或距直流線路正極導線的垂直投影15m處，且與兩端塔高距離基本相等。線路噪聲測量位置側面分布應按以下要求布置：檔距中央的線路中心線、中心線與直流正極（交流外側）導線之間、直流正極（交流外側）導線的下方、直流正極（交流外側）導線的垂直投影距離15m、30m、45m、60m處。傳聲器距地面不應低于1.5m。

2.2 模擬測量

輸電線路模擬可聽噪聲測量是一種很好的可替代實際測量的方法，它能夠通過一些手段模擬出實際線路產生的電暈可聽噪聲，很好的再現了實際噪聲的產生，該方法主要應對無法或很難進行現場測量的情況。

在模擬測量方法中電暈籠是最常用的裝置，該裝置外觀上是網狀的金屬籠結構，全封閉的軸面，其橫截面可以根據實際需求改變其形狀，電暈籠測試系統如圖1所示[4]。地面的模擬通過低阻抗測量裝置接地來實現。輸電線路的模擬則是通過軸心處的導線來實現，不同輸電特征采用不同導線，交流電采用單導線，直流電則采用單極或雙極導線。然后通過將電壓按照一定比例縮小，即可模擬出實際輸電線路的電暈特征。

圖1 電暈籠噪聲測試系統

3 控制輸電線路電暈可聽噪聲的方法

對于輸電線路電暈可聽噪聲一般通過對聲源進行控制，也可以針對噪聲的傳播途徑進行降噪。

3.1 通過聲源降噪

對聲源的控制，通常采用削弱輸電線路表面場強的方法，表面場強通過一系列措施被削弱，電暈范圍縮小，可聽噪聲的強度也隨之減弱。具體削弱輸電線路表面合成場強的途徑包括：①降低導線表面曲率半徑②降低導線表面的平均電荷密度。

對于降低導線表面曲率半徑，可通過增加導線的分裂數或者增大分裂導線的間距的方式，導線等效直徑因此而增大，曲率半徑隨之降低。也可利用親水性涂料對導線表面處理，使其在降水條件下，雨水可以均勻分布在導線表面，減少水滴的形成密度，從而降低了導線上附著雨滴對導線曲率半徑的影響。另外，通過對導線加工工藝的改良，改善導線表面的平滑度水平，減少導線表面尖刺的密度，也可起到降低導線曲率半徑的目的。

對于導線的平均電荷密度，可以在輸電線路中增設子導線，子導線起到了平均輸電線路主導線表面平均電荷的作用，從而達到降低導線表面平均電荷密度的目的，電場強度被削弱，電暈強度隨之降低。

3.2 通過傳播途徑降噪

在噪聲的傳播途徑中進行降噪一般采取兩種方式：一是增加噪聲的傳播距離，通過增加輸電線路高架塔的高度，提高噪聲源與保護對象之間的距離，噪聲傳播至保護對象處的衰減量增大，最終起到降噪的作用；二是在被保護對象與噪聲源之間增設隔聲材料，吸收噪聲的能量，降低噪聲對保護對象的影響。

結語

本文從輸電線路電暈可聽噪聲的來源、產生機制和影響因素等角度進行了綜合分析闡述，并且總結了電暈可聽噪聲的監測方法，在此基礎上對電暈可聽噪聲的防治提出了一些可行的技術路線。通過對以往的研究成果進行總結發現目前對于輸電線路電暈可聽噪聲的相關研究仍然存在著許多問題亟待解決。例如：電能、空氣分子振動機械能和空氣內能之間的相互轉換需要相應的量化標準；目前應用的輸電線路電暈噪聲聲級預測模型采用的均為經驗公式，需要在某些特定的條件下才可適用，準確性低，不具有普適性，因此研究建立準確的電暈可聽噪聲預測模型，并且能夠廣泛應用是必須要解決的問題之一。綜上所述，對輸電線路電暈可聽噪聲在形成機理、影響控制等方面仍然還要做很多研究工作。

[1]劉元慶，郭劍，陸家榆.基于電暈籠試驗的高壓正極直流線路可聽噪聲頻譜特性[J].高電壓技術，2013,(6)：1324-1330.

[2]弟澤龍，吳九匯.高壓交流輸電線路電暈可聽噪聲機理及理論模型[J].西安交通大學學報，2012,(8):128-132.

[3]譚聞，張小武.輸電線路可聽噪聲研究綜述[J].高壓電器，2009,(3):109-112.

[4]陳豫朝，謝輝春，張業茂，許嵩，師永興，周翠娟.基于電暈籠的特高壓交流輸電線路可聽噪聲預測方法[J].高電壓技術，2012,(9)2189-2194.

肖聲（1965.5-），女，漢，本科，重慶渝北人，高級工程師，從事環境保護技術咨詢、監測。