超特高壓輸電線路的電磁環境研究

趙亮+王峰+任洋

摘要：目前我國的電網結構，已經不能滿足我國國民經濟快速發展所需要的電力供應，另外我國能源資源和負荷分布的特點也決定了我國勢必要建設遠距離、大容量的特高壓輸電系統。根據國網建設有限公司的規劃，近幾年內將建設特高壓輸電線路。隨著全球經濟的不斷發展和民眾環境意識的增強，輸電工程的電磁環境問題越來越受到人們的關注。同時，電壓等級發展到了特高壓階段，電磁環境已經成為決定輸電線路結構、影響建設費用等的重要因素。

關鍵詞：超特高壓；輸電線路；電磁環境

1.電磁環境問題制約著超特高壓線路的發展

1.1電磁環境備受人們關注

輸電線路和變電站的生態環境影響主要表現在土地的利用、電暈所引起的通信干擾，以及可聽噪聲、工頻電磁場對生態的影響等方面。由于特高壓輸電電壓高、分裂導線多等特點，必然導致導線表面電場強度以及輸電設備周圍的空間電場強度的升高，而特高壓輸電線路和變電站出現的電暈現象和強電場效應對人體和生態環境是否會帶來危害，一直是人們非常關心的問題。

事實上，在場強較高的區域活動時，某些人會產生毛發豎立或皮膚刺激感，甚至在某些情況下會因人體與其他物體間發生火花放電和電擊引起明顯的刺痛，對于平地站立的人會引起煩惱，對于高空作業而又沒有思想準備的人還可能引起墜落事故。除了以上可以直接感受到的效應外，一個更引起普遍關注的問題是， 電場長期作用對生態的影響。隨著人們保護環境呼聲的日益高漲，在一些國家，來自公眾的阻力開始給電廠、變電所和線路走廊的選址帶來許多困難，或者制定了許多嚴格的限制。因此， 我國建設特高壓輸電工程更應重視特高壓線路的電磁環境問題。

1.2電磁環境參數決定了線路參數的選擇

電壓等級發展到特高壓階段，環境問題已成為輸電工程建設中一個影響極大的方面。大多數情況下，輸電線路導線截面的選擇、導線對地凈空距離的確定等，已不是根據工作電流或絕緣要求了，而是由電暈特性及對地面場強的限制要求來決定。特高壓電磁環境影響問題對特高壓線路導線的選擇起決定性作用，特別是地面電場強度和可聽噪聲問題。特高壓輸電線路的電磁場強度限值要求決定輸電鐵塔的高度和線路走廊寬度等，直接影響線路建設成本。輸電線路電暈放電產生的可聽噪聲，與有同一聲壓級的一般環境噪聲相比，通常更令人厭煩。從建設、設計和運行經驗來看，及其以下線路的無線電干擾是線路設計的控制條件，線路設計滿足無線電干擾限值要求后，可聽噪聲自然滿足。對于特高壓線路，可聽噪聲，將是線路設計的控制條件，決定了特高壓輸電線路的相導線結構和布置。

2.超特高壓輸電線路工頻磁場的影響因素

2.1線路負荷電流

線路上的載電流越大，則磁場也越大，這是成正比的關系，由畢奧一薩伐定律可知：這與電壓等級有關，一般電壓等級越高，負荷電流越大，因而線路下方工頻磁場越大。電流的變化正比于磁場強度的變化，可以根據這種正比例關系推導出任意大小的載電流導線附近的空間工頻磁場強度。

2.2相導線對地高度

為研究相導線對地高度變化對線路下方工頻磁場強度的影響， 可以對超高壓和特高壓模型進行仿真。對于500kV特高壓模型，對地高度取10、11、12、13、14和15米；對于1000kV特高壓模型，對地高度取18、20、22、24、26和28米。根據仿真結果可得：磁感應強度隨導線離地高度的增加而減小。利用這一關系，可以通過抬高導線對地高度來減小地面電場強度。隨著導線對地距離得增加，磁感應強度減小程度逐漸緩慢。因此，當導線對地距離增加到一定程度，再靠抬高導線來減小地面附近的工頻磁場，經濟投入會比較大。

2.3相間距離

為研究相導線相間距離變化對線路下方磁場強度的影響，分別500kV超高壓和1000kV特高壓模型進行了仿真。對于500kV特高壓模型，相間距離取10、11、12、13和14米，對于1000kV特高壓模型，相間距離分別取20、21、22、24.2和25米。根據仿真結果可得：減小相間距離時，最大場強值和高場強覆蓋范圍都相應減小，但場強的減小程度沒有增加線路對地距離的效果明顯。

3.工頻電磁場的生態效應

輸電線路的電場產生的生態影響主要分為兩類。一類是當人在電磁場中短期停留時可能受到的影響，即短期影響另一類是人在電磁場中長期工作或生活時可能受到的影響，即長期影響。

3.1短時影響

輸電線路工頻電場的短時影響發生的最頻繁，因而受到工作人員的普遍關注。短時影響表現為在電場中人或動物接觸對地絕緣或接地不良接地物體產生的電擊以及人在電場中的直接感覺。工頻電場對周圍環境的影響首先表現在由靜電感應產生的電擊。在高壓輸電線路下或高壓設備附近，當人接觸電場中對地絕緣的物體時，可能會產生有刺痛感的電流，即電擊。穿著絕緣鞋的人接觸接地體或者觸及具有不同感應電位的物體時，也會發生電擊。電擊按作用時間不同，可分為暫態電擊和穩態電擊兩種。

（1）暫態電擊。暫態電擊是指人接觸在電場中受到靜電感應的物體的瞬間，原來積累在被感應物體上的電荷通過人體向大地釋放所造成的電擊。在輸電線路下發生的電擊，絕大多數屬于暫態電擊。這種現象常發生在例如雨天打傘經過特高壓線路下時，如果臉部或手靠近傘的金屬部分就會有火花放電。暫態電擊的水平主要取決于放電能量的大小。一般情況下人體對地良好絕緣的條件不易滿足，人在輸電線路下感應的電荷很快會泄漏到大地，觸摸接地物體時，不容易感受到電擊。但人若接觸輸電線路下對地絕緣的的大型機械如汽車等時，可能會感受到電擊。

（2）穩態電擊。穩態電擊是指人接觸被感應物體后，由于被感應物體與高壓帶電體的電容耦合，產生流過人體的持續工頻電流所造成的電擊。穩態電擊的水平取決于短路電流的大小，即與外電場的強度和導體的外形尺寸成正比。當短路電流大于0.8—1.1mA，人員就會產生刺痛感如果短路電流超過2mA，就會引起肌肉反應；當短路電流達到6—9mA時，就會造成人體損傷，但此時尚能自己擺脫，因而也稱為擺脫電流。除了讓人不舒服的電擊外，另一短時影響時人在電場中的直接感覺。對于周圍空氣介質而言，人體相當于導體，處于電場中的人將使周圍電場畸變。電場在人體表面感應的交變電荷通過毛發的顫動可以感覺到。例如在無風的日子里，站在線路檔距中央附近，某些人可以感覺到頭發或舉起的手臂上的汗毛在輕輕顫動。

3.2長期影響

工頻電場的長期生態效應主要是從生物學和病理學角度來研究人或動物甚至植物長期經常性的在高場強區的反映。現在電壓等級發展到特高壓階段，電場的長期效應更是引起了人們的關注，也成了特高壓發展的關鍵問題。美國、意大利、前蘇聯和日本等國專門對特高壓試驗線路下工頻電場的生態影響進行了研究，試驗動物主要為家禽、家畜、植物和樹木，研究結論一致認為工頻電場對人和動物有確定的有害影響的閾值遠高于輸電線路下工頻電場的限值，因此工頻電場對動植物無有害影響或僅有輕微的影響。

參考文獻：

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