降低超高壓輸電線路電暈噪聲的對策研究

姜 梅，李小娟，楊 潔，馬 超，張 鵬，高世剛

(甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州 730050)

0 引言

電暈放電是電場強(qiáng)度超過臨界值時引起帶電導(dǎo)體周圍空氣突然發(fā)生電離所引起的一種發(fā)光發(fā)熱的放電現(xiàn)象。電暈現(xiàn)象常發(fā)生在不均勻電場中電場強(qiáng)度很高的區(qū)域內(nèi)，如高壓導(dǎo)線的周圍，帶電體的尖端附近。高壓架空線路在特定的氣候和環(huán)境條件下均會產(chǎn)生電暈放電，尤其是在高海拔地區(qū)。實踐證明，在相同電極和相同間隙情況下，海拔越高起暈電壓越低［1－3］。電暈放電可產(chǎn)生臭氧、氮氧化物等，引起能量損失、無線電干擾、可聽噪聲等危害［4－7］。超高壓輸電線路出現(xiàn)電暈現(xiàn)象，不僅產(chǎn)生電暈噪聲，而且加速有機(jī)絕緣介質(zhì)的劣化和老化，損傷設(shè)備，造成環(huán)境污染。電暈放電產(chǎn)生的電暈噪聲與一般環(huán)境噪聲相比，更令人厭煩。與工頻電磁場、無線電干擾的無聲、無形、無影不同，可聽噪聲是一種人們聽覺直接感受到的現(xiàn)象，更容易形成關(guān)注的焦點［8］。

近年來，隨著輸電線路不斷地向大容量和超、特高壓化發(fā)展，導(dǎo)線分裂數(shù)不斷增多、金具不斷復(fù)雜化，導(dǎo)線電暈放電所產(chǎn)生的可聽噪聲和無線電干擾等電磁環(huán)境問題也越來越受到人們的關(guān)注，尤其在海拔高、氣候條件惡劣的西北地區(qū)，輸電線路產(chǎn)生的電暈噪聲尤為明顯，對居民生活的影響日益顯著，成為線路建設(shè)中必須解決的重要問題之一。

本文結(jié)合國內(nèi)外降低輸電線路可聽噪聲的研究，介紹了超高壓輸電線路電暈噪聲控制的必要性，并提出了降低電暈噪聲的相關(guān)對策措施;通過實例，驗證優(yōu)化改造金具的降噪效果，查找安裝缺陷和漏洞。為今后電力金具的設(shè)計、選型、制造、運(yùn)輸、安裝及運(yùn)行管理提供參考依據(jù)，為進(jìn)一步優(yōu)化改造金具提供理論依據(jù)。

1 輸電線路可聽噪聲的來源

輸電線路電暈放電的影響因素分兩大類:一類是輸電線路本身特性的影響，如輸電線路電壓越高，電暈放電越強(qiáng);導(dǎo)線直徑越大，表面光潔度越高，電暈放電越弱。另一類是輸電線路外部環(huán)境的影響，如空氣污染越嚴(yán)重，空氣密度越小、濕度越大，電暈放電越強(qiáng)［4］。

輸電線路電暈產(chǎn)生的可聽噪聲由兩部分組成，一部分是由正極性流注放電產(chǎn)生的寬頻帶噪聲，是交流噪聲的主要部分;另一部分是由于電壓周期變化，使導(dǎo)線附近帶電離子往返運(yùn)動產(chǎn)生的純音，頻率是 50Hz的倍頻［9］。

輸電線路的可聽噪聲主要發(fā)生在壞天氣下［10］。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，超、特高壓交流輸電線路上出現(xiàn)電暈噪聲主要發(fā)生在潮濕的雨雪天氣，好天氣時的噪聲只有在高電位梯度才會超過本底噪聲［10－11］。除在惡劣天氣情況下產(chǎn)生電暈噪聲外，在工程實際中，當(dāng)導(dǎo)線表面上存在缺陷或微粒時，同樣會在運(yùn)行的電位梯度下產(chǎn)生電暈現(xiàn)象，產(chǎn)生可聽噪聲。

此外，電氣設(shè)備和金具在設(shè)計、制造、安裝、運(yùn)行、維護(hù)中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可形成電暈放電現(xiàn)象，產(chǎn)生可聽噪聲［12］。輸電線路是由許多基鐵塔連接而成，鐵塔上有許多金具，如間隔棒、均壓環(huán)、絕緣子串等，當(dāng)金具出現(xiàn)缺陷、毛刺或安裝不合理時，也會出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電暈噪聲，對周圍聲環(huán)境產(chǎn)生影響。

2 降低輸電線路可聽噪聲的必要性和措施

2.1 降低輸電線路電暈噪聲的必要性

針對高壓輸電線路可聽噪聲問題，國內(nèi)外已開展了大量的研究工作。國外對輸電線路可聽噪聲的研究始于20世紀(jì)60年代，研究內(nèi)容涉及輸電線路噪聲的產(chǎn)生機(jī)理、聲學(xué)特征、測試方法和降噪措施等。我國對輸電線路噪聲的研究始于20世紀(jì)90年代，研究多集中在對運(yùn)行線路可聽噪聲的現(xiàn)場測量和降噪措施上［11］。研究結(jié)果表明，降低超、特高壓輸電線路的電暈可聽噪聲的措施主要是降低導(dǎo)線表面最大場強(qiáng)，減少電暈放電，在工程中較為可行的措施有:增加分裂導(dǎo)線的直徑;增加分裂導(dǎo)線的數(shù)量;改變分裂導(dǎo)線的間距［9，11］。

過去由于電壓等級不高，輸電線路引起的可聽噪聲通常很小，沒有引起人們的注意。近年來，西北地區(qū)多條750kV輸電線路相繼投入運(yùn)行，輸電線路的可聽噪聲問題越來越突出。超高壓輸電線路可聽噪聲聲源主要集中在轉(zhuǎn)角塔(耐張塔)、換位塔及緊湊型直線塔等附近。隨著電壓等級的提高，輸電線路鐵塔上金具的種類越來越復(fù)雜繁多，由金具電暈放電產(chǎn)生的可聽噪聲日益凸顯，鐵塔產(chǎn)生的噪聲相對輸電線路而言大很多。因此，降低輸電線路鐵塔金具電暈噪聲是控制輸電線路可聽噪聲亟需解決的重要問題。

2.2 降低輸電線路電暈噪聲的措施

降低超高壓輸電線路電暈可聽噪聲從設(shè)備選型、設(shè)計和金具制造、包裝運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行管理等各個環(huán)節(jié)同時進(jìn)行控制，改善電場分布，提高起暈電壓，最終降低輸電線路可聽噪聲。

2.2.1 設(shè)備選型和設(shè)計環(huán)節(jié)

設(shè)計單位在工程設(shè)計過程中不僅要考慮滿足工程的需要，同時要考慮必須選擇防暈型金具，打破傳統(tǒng)的均壓環(huán)設(shè)計形式，主要從均壓環(huán)的設(shè)置位置和幾何尺寸上著手，防電暈措施不遺漏每個部位，以減少電暈放電。

2.2.2 金具生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝環(huán)節(jié)

金具在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等環(huán)節(jié)其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會引起金具電暈放電，產(chǎn)生電暈噪聲。金具在生產(chǎn)過程中，為保證金具的一致性以及金具外觀光潔，在正常使用狀態(tài)不出現(xiàn)電暈，鑄造的金具最好采用金屬模具生產(chǎn)，機(jī)加工面采用銑床加工，外表面采用布輪拋光。為保證金具防電暈性能，金具在出廠時要進(jìn)行嚴(yán)格的包裝防護(hù)，避免金具在裝運(yùn)過程中磕碰、摩擦、擠壓變形等。在金具安裝過程中，防止產(chǎn)生劃痕和毛刺，在金具出廠前表面涂抹保護(hù)油脂;安裝后除接線板外，金具外表面均不得有油脂，必要時用酒精擦凈［13］。此外，金具安裝過程中還需防止其擠壓變形和安裝損傷，注意安裝合理、到位，保證沒有遺漏。

在實際檢測過程中，對某750kV輸電線路某一基轉(zhuǎn)角塔外角側(cè)和內(nèi)角側(cè)金具電暈放電情況進(jìn)行紫外成像檢測，同時進(jìn)行可聽噪聲大小的測量。可聽噪聲結(jié)果為:內(nèi)角側(cè)距鐵塔15m處為42.6dB(A)，外角側(cè)距鐵塔15m處為45.8dB(A)。一般情況下，輸電線路轉(zhuǎn)角塔外角側(cè)噪聲要小于內(nèi)角側(cè)噪聲，而該750kV輸電線路鐵塔處的噪聲值較為反常，外角側(cè)噪聲值比內(nèi)角側(cè)噪聲值大3.2dB(A)，結(jié)合紫外成像檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn):該鐵塔內(nèi)角側(cè)A、B、C三相懸垂串下均有均壓環(huán)，而外角側(cè)A、B、C三相懸垂串下均未安裝均壓環(huán)，且從電暈放電情況來看，安裝均壓環(huán)的內(nèi)角側(cè)絕緣子懸垂串及均壓環(huán)均未出現(xiàn)放電現(xiàn)象，未安裝均壓環(huán)的外角側(cè)絕緣子懸垂串下方均出現(xiàn)明顯的放電現(xiàn)象。檢測人員推測，該鐵塔外角側(cè)絕緣子懸垂串下的均壓環(huán)可能在安裝過程中被施工人員遺漏。均壓環(huán)可使其自身和與其相連的絕緣子懸垂串周圍起暈電壓增大，防止電暈放電，同時降低尖端放電的可能性，從而降低電暈噪聲。檢測結(jié)果進(jìn)一步說明電暈噪聲與金具的結(jié)構(gòu)、種類及安裝等各種因素有很大關(guān)系。

2.2.3 金具優(yōu)化改造環(huán)節(jié)

目前，超高壓輸電線路電暈放電點及產(chǎn)生電暈噪聲的關(guān)鍵金具主要集中在硬跳線端部、軟跳線、間隔棒、均壓屏蔽環(huán)、防震錘等位置上。研究發(fā)現(xiàn)，通過采取一定的措施對金具進(jìn)行優(yōu)化改造，可以改善金具表面場強(qiáng)，提高起暈電壓，降低電暈噪聲。

本文以某330kV輸電線路轉(zhuǎn)角塔為實例，改造措施為均壓環(huán)優(yōu)化和間隔棒優(yōu)化兩項。采用噪聲分析儀直接測量鐵塔下可聽噪聲值的大小，采用紫外成像檢測儀拍攝鐵塔上金具的電暈放電情況，對優(yōu)化改造的均壓環(huán)和間隔棒的降噪效果進(jìn)行檢驗。

(1)均壓環(huán)優(yōu)化改造

改造措施:我們對均壓環(huán)尺寸、弧度和管徑等進(jìn)行了優(yōu)化改造，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能避免銳角和尖端的產(chǎn)生，可有效改善金具周圍的分布電壓和電場分布，降低均壓環(huán)及金具表面的電場強(qiáng)度，從而減少均壓環(huán)電暈放電現(xiàn)象，進(jìn)一步降低電暈噪聲。

檢測實例中對均壓環(huán)進(jìn)行了尺寸和弧度上的優(yōu)化，但其安裝位置并未發(fā)生變化。我們測試均壓環(huán)優(yōu)化改造前后的電暈放電情況。未優(yōu)化改造的均壓環(huán)尺寸大、弧度小，經(jīng)紫外檢測發(fā)現(xiàn)其有明顯的連續(xù)放電現(xiàn)象。通過對均壓環(huán)尺寸和弧度的優(yōu)化后，未檢測出均壓環(huán)紫外放電現(xiàn)象。

(2)間隔棒優(yōu)化改造

間隔棒改造措施:改變間隔棒結(jié)構(gòu)和尺寸，可以降低其表面電場強(qiáng)度;通過對間隔棒接螺栓采用嵌入式設(shè)計，可有效避免間隔棒螺栓外露過長沒有屏蔽，導(dǎo)致螺栓尖端放電;通過對間隔棒行拋光處理，可有效避免間隔棒表面粗糙而產(chǎn)生的電暈，從而降低電暈噪聲。

檢測實例中對間隔棒的連接螺栓進(jìn)行了嵌入式優(yōu)化改造，其安裝位置未發(fā)生變化。我們采用紫外檢測技術(shù)測試了間隔棒優(yōu)化改造前后的電暈放電情況，結(jié)果顯示，間隔棒未經(jīng)優(yōu)化改造前出現(xiàn)連續(xù)放電現(xiàn)象，對其連接螺栓優(yōu)化設(shè)計后，間隔棒未檢測出紫外放電現(xiàn)象。

此外，通過對鐵塔下可聽噪聲的檢測發(fā)現(xiàn):均壓環(huán)和間隔棒優(yōu)化改造前塔位處的噪聲值為40.9dB(A)，優(yōu)化改造后塔位處的噪聲值為33.6dB(A)。由此可見，金具經(jīng)優(yōu)化改造后鐵塔塔位處的可聽噪聲可明顯降低，與金具經(jīng)優(yōu)化改造后紫外放電現(xiàn)象減少的結(jié)果相一致，進(jìn)一步表明金具優(yōu)化改造可有效降低輸電線路電暈噪聲。

3 結(jié)語

超高壓輸電線路電暈噪聲可以從金具設(shè)計、制造、包裝運(yùn)輸、安裝及運(yùn)行管理等幾方面進(jìn)行同時控制。設(shè)計階段可選擇防暈型金具;生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝等階段應(yīng)避免磕碰、摩擦、擠壓、劃痕和毛刺，減少電暈放電，降低電暈噪聲;同時，對已運(yùn)行的輸電線路可通過對金具的優(yōu)化改造達(dá)到降噪目的。但對金具優(yōu)化設(shè)計、改造的工藝和技術(shù)尚需深入研究。

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