超特高压输电线路的电磁环境研究

赵亮+王峰+任洋

摘要：目前我国的电网结构，已经不能满足我国国民经济快速发展所需要的电力供应，另外我国能源资源和负荷分布的特点也决定了我国势必要建设远距离、大容量的特高压输电系统。根据国网建设有限公司的规划，近几年内将建设特高压输电线路。随着全球经济的不断发展和民众环境意识的增强，输电工程的电磁环境问题越来越受到人们的关注。同时，电压等级发展到了特高压阶段，电磁环境已经成为决定输电线路结构、影响建设费用等的重要因素。

关键词：超特高压；输电线路；电磁环境

1.电磁环境问题制约着超特高压线路的发展

1.1电磁环境备受人们关注

输电线路和变电站的生态环境影响主要表现在土地的利用、电晕所引起的通信干扰，以及可听噪声、工频电磁场对生态的影响等方面。由于特高压输电电压高、分裂导线多等特点，必然导致导线表面电场强度以及输电设备周围的空间电场强度的升高，而特高压输电线路和变电站出现的电晕现象和强电场效应对人体和生态环境是否会带来危害，一直是人们非常关心的问题。

事实上，在场强较高的区域活动时，某些人会产生毛发竖立或皮肤刺激感，甚至在某些情况下会因人体与其他物体间发生火花放电和电击引起明显的刺痛，对于平地站立的人会引起烦恼，对于高空作业而又没有思想准备的人还可能引起坠落事故。除了以上可以直接感受到的效应外，一个更引起普遍关注的问题是， 电场长期作用对生态的影响。随着人们保护环境呼声的日益高涨，在一些国家，来自公众的阻力开始给电厂、变电所和线路走廊的选址带来许多困难，或者制定了许多严格的限制。因此， 我国建设特高压输电工程更应重视特高压线路的电磁环境问题。

1.2电磁环境参数决定了线路参数的选择

电压等级发展到特高压阶段，环境问题已成为输电工程建设中一个影响极大的方面。大多数情况下，输电线路导线截面的选择、导线对地净空距离的确定等，已不是根据工作电流或绝缘要求了，而是由电晕特性及对地面场强的限制要求来决定。特高压电磁环境影响问题对特高压线路导线的选择起决定性作用，特别是地面电场强度和可听噪声问题。特高压输电线路的电磁场强度限值要求决定输电铁塔的高度和线路走廊宽度等，直接影响线路建设成本。输电线路电晕放电产生的可听噪声，与有同一声压级的一般环境噪声相比，通常更令人厌烦。从建设、设计和运行经验来看，及其以下线路的无线电干扰是线路设计的控制条件，线路设计满足无线电干扰限值要求后，可听噪声自然满足。对于特高压线路，可听噪声，将是线路设计的控制条件，决定了特高压输电线路的相导线结构和布置。

2.超特高压输电线路工频磁场的影响因素

2.1线路负荷电流

线路上的载电流越大，则磁场也越大，这是成正比的关系，由毕奥一萨伐定律可知：这与电压等级有关，一般电压等级越高，负荷电流越大，因而线路下方工频磁场越大。电流的变化正比于磁场强度的变化，可以根据这种正比例关系推导出任意大小的载电流导线附近的空间工频磁场强度。

2.2相导线对地高度

为研究相导线对地高度变化对线路下方工频磁场强度的影响， 可以对超高压和特高压模型进行仿真。对于500kV特高压模型，对地高度取10、11、12、13、14和15米；对于1000kV特高压模型，对地高度取18、20、22、24、26和28米。根据仿真结果可得：磁感应强度随导线离地高度的增加而减小。利用这一关系，可以通过抬高导线对地高度来减小地面电场强度。随着导线对地距离得增加，磁感应强度减小程度逐渐缓慢。因此，当导线对地距离增加到一定程度，再靠抬高导线来减小地面附近的工频磁场，经济投入会比较大。

2.3相间距离

为研究相导线相间距离变化对线路下方磁场强度的影响，分别500kV超高压和1000kV特高压模型进行了仿真。对于500kV特高压模型，相间距离取10、11、12、13和14米，对于1000kV特高压模型，相间距离分别取20、21、22、24.2和25米。根据仿真结果可得：减小相间距离时，最大场强值和高场强覆盖范围都相应减小，但场强的减小程度没有增加线路对地距离的效果明显。

3.工频电磁场的生态效应

输电线路的电场产生的生态影响主要分为两类。一类是当人在电磁场中短期停留时可能受到的影响，即短期影响另一类是人在电磁场中长期工作或生活时可能受到的影响，即长期影响。

3.1短时影响

输电线路工频电场的短时影响发生的最频繁，因而受到工作人员的普遍关注。短时影响表现为在电场中人或动物接触对地绝缘或接地不良接地物体产生的电击以及人在电场中的直接感觉。工频电场对周围环境的影响首先表现在由靜电感应产生的电击。在高压输电线路下或高压设备附近，当人接触电场中对地绝缘的物体时，可能会产生有刺痛感的电流，即电击。穿着绝缘鞋的人接触接地体或者触及具有不同感应电位的物体时，也会发生电击。电击按作用时间不同，可分为暂态电击和稳态电击两种。

（1）暂态电击。暂态电击是指人接触在电场中受到静电感应的物体的瞬间，原来积累在被感应物体上的电荷通过人体向大地释放所造成的电击。在输电线路下发生的电击，绝大多数属于暂态电击。这种现象常发生在例如雨天打伞经过特高压线路下时，如果脸部或手靠近伞的金属部分就会有火花放电。暂态电击的水平主要取决于放电能量的大小。一般情况下人体对地良好绝缘的条件不易满足，人在输电线路下感应的电荷很快会泄漏到大地，触摸接地物体时，不容易感受到电击。但人若接触输电线路下对地绝缘的的大型机械如汽车等时，可能会感受到电击。

（2）稳态电击。稳态电击是指人接触被感应物体后，由于被感应物体与高压带电体的电容耦合，产生流过人体的持续工频电流所造成的电击。稳态电击的水平取决于短路电流的大小，即与外电场的强度和导体的外形尺寸成正比。当短路电流大于0.8—1.1mA，人员就会产生刺痛感如果短路电流超过2mA，就会引起肌肉反应；当短路电流达到6—9mA时，就会造成人体损伤，但此时尚能自己摆脱，因而也称为摆脱电流。除了让人不舒服的电击外，另一短时影响时人在电场中的直接感觉。对于周围空气介质而言，人体相当于导体，处于电场中的人将使周围电场畸变。电场在人体表面感应的交变电荷通过毛发的颤动可以感觉到。例如在无风的日子里，站在线路档距中央附近，某些人可以感觉到头发或举起的手臂上的汗毛在轻轻颤动。

3.2长期影响

工频电场的长期生态效应主要是从生物学和病理学角度来研究人或动物甚至植物长期经常性的在高场强区的反映。现在电压等级发展到特高压阶段，电场的长期效应更是引起了人们的关注，也成了特高压发展的关键问题。美国、意大利、前苏联和日本等国专门对特高压试验线路下工频电场的生态影响进行了研究，试验动物主要为家禽、家畜、植物和树木，研究结论一致认为工频电场对人和动物有确定的有害影响的阈值远高于输电线路下工频电场的限值，因此工频电场对动植物无有害影响或仅有轻微的影响。

参考文献：

[1]特高压等级输电的电磁环境研究[J]. 吴桂芳，陆家榆，邵方殷.中国电力.2005（06）.

[2]我国特高压交流输电发展前景[J]. 吴敬儒，徐永禧.电网技术.2005（03）.

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