架空輸電線路的電暈及其對環境的影響

摘 要：本文介紹了交流架空輸電線路電暈放電現象及影響電暈放電水平的主要因素。闡述電暈放電導致可聽噪聲及無線電干擾的原理，并介紹降低可聽噪聲及無線電干擾的方法。

關鍵詞：交流架空輸電線路；電暈現象；可聽噪聲；無線電干擾

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.190

1 電暈現象

電暈現象是帶電導體周圍空間出現強電場并使空氣發生游離的結果，是一種特殊的氣體放電形式。在大氣中存在數量巨大的自由電子，這些電子在輸電線路電場的作用下加速，并不停地撞擊氣體原子。當電場強度增加，氣體中自由電子的運動速度亦隨著不斷增大，其撞擊氣體原子的時所攜帶的能量也越大。當電場強度到達某一數值時，氣體自由電子具備的撞擊能量正好可以使得氣體原子中的電子擺脫原子核束縛，產生一個新的離子，即導線周邊空氣開始產生電離現象。大氣中的氮、氧等氣體原子由于自由電子的撞擊而受到激發，躍遷到較高的能級。隨后，受激發的原子力圖回到基態上去，與此同時放出激發時所吸收的能量。正離子也有機會和自由電子產生碰撞，使得正離子與自由電子復合，轉變為中性原子，這個過程會釋放出多余的能量。在不斷的電離、復合過程中，會輻射出大量光子，在夜晚我們可以觀察到導線周圍會產生藍色的暈光，并同時伴隨有“咝咝”聲響，這就是電暈現象。

影響交流架空線路電暈放電水平的主要因素：

（1）架空導線表面情況。影響導線表面狀況的主要有兩個方面。一是大氣中飄落到導線上的異物，如粉塵、鳥糞、鐵絲、樹枝、風箏等。當異物附著在架空導線表面時，會使得導線表面場強發生畸變，在畸變場強的峰值位置，容易成為起暈部位。二是由于制造工藝或架設過程中引起架空導線表面出現毛刺、凸起等現象，投入運行后在這些部位的局部場強將會增強，有可能成為線路的起暈部位。

（2）臨近架空導線的小質點。當導線處于雨、雪及起霧天氣或粉塵環境中，空氣中的小質點靠近帶電導線時，由于導線周圍電場的影響，使得小質點出現極化，面向導線和背向導線側分別感應出不同極性的電荷。小質點面向帶電導線側感應的電荷極性與導線上的相反，對導線與小質點之間的場強有助增作用。當場強到達一定數值，導線與小質點之間擊穿空氣間隙放電，使得小質點帶上與導線同樣極性的電荷而相互排斥，小質點又迅速離開帶電導線。如此反復，可形成連續的電暈放電現象。

（3）空氣密度和大氣條件。相對空氣密度和氣象狀況直接影響導線表面起暈臨界場強。相對空氣密度增加，提高了電暈起始電場強度。在高海拔地區，由于相對空氣密度較小，因此在相同的導線結構和電壓下，其電暈放電較低海拔地區要嚴重得多。

2 可聽噪聲

架空導線的表面場強達到某一臨界限值時，該導線表面將出現電暈現象。隨機的高能放電使導線附近空氣壓縮或稀薄以聲的形式傳播，產生了可聽噪聲。架空線路的可聽噪聲主要有兩個頻率分量：一是寬頻帶噪聲（破裂聲、吱吱聲），二是頻率為50Hz及其整數倍的純聲（哼聲和嗡嗡聲）。導線電暈引起的隨機且無規律放電脈沖是寬頻帶噪聲的源頭，其與環境背景噪聲有著明顯的差異。引起人們厭煩的主要是由于離子往返運動擠壓空氣引起的50Hz及其整數倍的純聲。交流輸電系統電壓是隨著時間在正負半波之間交變，由于電暈產生的正、負離子在帶電導線附近以兩倍工頻往返運動，因此電暈放電發出的可聽噪聲頻率主要為100Hz。

當可聽噪聲頻率超過1000Hz時，隨距離的衰減幅度將非常明顯。因此，在離開交流輸電線路一定距離后，可聽噪聲中的高頻分量會很快衰減，噪聲的主要成分將是100Hz的純聲。

改善輸電線路可聽噪聲最有效的方法是增加分裂導線的數目與直徑，國外特高壓試驗基地中曾測量過不同分裂導線在幾個電壓等級下的噪聲，如表1所示，可見導線選擇合理的分裂根數與半徑可有效降低可聽噪聲。

架空線路的雨天可聽噪聲比晴天可聽噪聲大15～20dB，如果我們能將雨天時，架空輸電線路的可聽噪聲大小限制在55dB以下，那么意味著晴天時，架空線路的可聽噪聲只有35～40dB。由于大雨天時環境的背景噪音較大，人們對架空導線電暈可聽噪聲的感知能力將進一步減弱。濃霧或陰雨天氣時，電暈可聽噪聲與背景噪聲相比較為明顯，針對這種天氣情況，架空線路走廊在經過居民區附近的，應嚴格遵守設計規范的要求，以電暈噪聲傳至房間內不影響人們休息為準則。

3 無線電干擾

輸電線路電暈放電是產生無線電干擾的根源，無線電干擾指在無線電頻段可能對有用信號造成損害的電磁干擾，使得無線電接收設備達不到正常工作所需的信噪比，根據大量的測量結果統計出的輸電線路電暈放電的頻譜特性在0.15～4MHz頻率范圍，國際無線電干擾委員會（CISPR）推薦的測量頻率是0.5MHz。

對于一般情況下的輸電線路，國際無線電干擾特別委員會C分會推薦的是80%//80%規則，它的含義是：在80%以上時間內，架空輸電線路的無線電干擾不超過允許值的最低置信度為80%。

加拿大國家標準規定的無線電干擾限值是以0.5MHz為參考頻率，

距邊相導線對地投影外15m為參考距離，不同電壓等級線路的最大無線電干擾限值列于表3，由于城市的電臺信號會增強，對于進入城區的輸電線路，無線電干擾限值允許放寬。將表3中600kV以上電壓等級輸電線路的無線電干擾限值折算到邊導線對地投影外20m處，50%值為55dB（μV/m），80%//80%值為63dB（μV/m）。

表4給出了我國國家標準GB15707-1995《高壓交流架空送電線無線電干擾限值》規定的限值（0.5MHz），限值的參考距離是邊相導線投影外20m處。在我國的標準中，無線電干擾限值也隨電壓升高而增大。我國1000kV級交流特高壓輸電線路晴天無線電干擾的限值目前暫取55dB，參考頻率0.5MHz，參考點為邊相導線投影外20m處。

作者簡介：鄭劍武（1987-），男，福建莆田人，碩士研究生，技術員，從事高壓線路帶電檢修研究工作。