關(guān)于超高壓直流輸電線路相關(guān)的電場(chǎng)環(huán)境分析

【摘要】本文主要分析了超高壓直流輸電線路相關(guān)的電場(chǎng)環(huán)境中常見的一些問(wèn)題和因素，闡述了在當(dāng)前形勢(shì)下，加強(qiáng)超高壓直流輸電線路電場(chǎng)環(huán)境研究的重要性。針對(duì)目前超高壓直流輸電線路中電場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行研究。筆者通過(guò)研究，總結(jié)和歸納自身多年的工作和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出一些對(duì)電場(chǎng)環(huán)境多方面研究對(duì)策，希望通過(guò)本文的分析能幫助相關(guān)電場(chǎng)環(huán)境研究機(jī)構(gòu)提供一些幫助，能更好的了解超高壓直流輸電線路相關(guān)的電場(chǎng)環(huán)境。

【關(guān)鍵詞】超高壓直流輸電;電場(chǎng)環(huán)境;電場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)

輸電線路運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生電磁波、無(wú)線電干擾和電暈噪聲等環(huán)境問(wèn)題，本文主要的研討對(duì)象是電場(chǎng)環(huán)境問(wèn)題。直流輸電線路運(yùn)行會(huì)改變周圍的電場(chǎng)環(huán)境，由于電場(chǎng)不具備擴(kuò)散性，因此對(duì)環(huán)境的污染比較小。但是直流輸電線路運(yùn)行后，空間環(huán)境中的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)增加，導(dǎo)電電暈產(chǎn)生的空間電荷在電場(chǎng)力的作用下向極間區(qū)運(yùn)移而形成的離子流并在人體沉積，因此會(huì)產(chǎn)生不良的環(huán)境和生物問(wèn)題，輸變電工程產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題以開始進(jìn)入人們的視線。

一、直流輸電線路的環(huán)境分析

（一）形成原因

高壓直流輸電線路在正常的情況下進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，同樣會(huì)出現(xiàn)一定程度上的電暈放電現(xiàn)象。而且導(dǎo)致導(dǎo)線周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度增大的主要原因是直流輸電線路的兩級(jí)導(dǎo)線之間、極導(dǎo)線和地面之間存在的離子電荷在電場(chǎng)的作用下進(jìn)行移動(dòng)產(chǎn)生離子流。因此，直流輸電線路導(dǎo)線周圍非電離區(qū)的空間電場(chǎng)由兩部分產(chǎn)生：一是導(dǎo)線上離子電荷直接產(chǎn)生的電場(chǎng)，我們稱之為標(biāo)稱電場(chǎng)或靜電場(chǎng)。二是由于空間離子電荷在電場(chǎng)的作用下進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)，形成離子流。離子流場(chǎng)與導(dǎo)線本身產(chǎn)生的靜電場(chǎng)進(jìn)行疊加而形成合成電場(chǎng)。

（二）電場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法及場(chǎng)強(qiáng)限值比較

我國(guó)對(duì)于直流輸電線路環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)規(guī)范主要有《直流換流站與線路合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度測(cè)量方法》，主要用于±800kV及以下的換流站和直流輸電線路的合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度的測(cè)量，為直流輸電環(huán)境提供了數(shù)據(jù)參考和依據(jù)。并對(duì)直流輸電項(xiàng)目合成場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量?jī)x器和方法做了明確的規(guī)定。對(duì)于直流輸電線路電場(chǎng)環(huán)境管理，主要的依據(jù)是《±800kV特高壓直流線路電磁環(huán)境參數(shù)限值》。從實(shí)際工作情況來(lái)看，針對(duì)±500 kV直流架空輸電線路的電場(chǎng)環(huán)境一般會(huì)參考上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的穿越居民區(qū)的限值水平進(jìn)行監(jiān)督和管理。

輸電線路途經(jīng)的居民區(qū)或住宅附近時(shí)，直流輸電線路采用的是累積概率的數(shù)據(jù)處理方法，因此不僅有25kV/m的限值，而且規(guī)定80%的測(cè)量值不得超過(guò)15kV/m。從限值標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，我國(guó)目前針對(duì)直流架空線路下方地面合成場(chǎng)強(qiáng)制定的限值標(biāo)準(zhǔn)值遠(yuǎn)高于工頻電場(chǎng)強(qiáng)度推薦值。

直流輸電線路環(huán)境問(wèn)題可以分為兩類：一類是短期的生物效應(yīng)，主要涉及人體對(duì)電擊和電場(chǎng)的直接感受以及電流對(duì)人體的影響的研究;另一類是電場(chǎng)的長(zhǎng)期生物效應(yīng)。

（三）輸電線路對(duì)人體的影響研究

隨著輸電線路電壓的提高導(dǎo)致電場(chǎng)強(qiáng)度增加，而這種增加對(duì)人體有無(wú)影響、影響有多大，是人們普遍關(guān)注的問(wèn)題。國(guó)外對(duì)直流輸電線路的生物影響進(jìn)行了廣泛的研究，但是得出的結(jié)論卻是矛盾的。有些認(rèn)為沒有影響，另外一些則認(rèn)為有很大的影響。而對(duì)于離子流電場(chǎng)的生物效應(yīng)，還沒有定論。

二、超高壓?jiǎn)螛O、雙極直流輸電線路電場(chǎng)橫向分布及衰減規(guī)律

超高壓進(jìn)行直流輸電線路運(yùn)行，由于導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度非常高以此產(chǎn)生電暈使電荷充滿四周并影響電場(chǎng)的分布。我們首先要對(duì)導(dǎo)線的電暈機(jī)理進(jìn)行說(shuō)明。

（一）標(biāo)稱場(chǎng)、合成場(chǎng)強(qiáng)橫向分布

超高壓直流輸電線路的電場(chǎng)由標(biāo)稱電場(chǎng)和電荷電場(chǎng)共同作用。因此，我們首先對(duì)標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)的分布進(jìn)行研究。對(duì)標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)分布和衰減的影響主要有以下幾個(gè)方面：

1.次導(dǎo)線半徑的影響。次導(dǎo)線半徑對(duì)標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)橫向分布影響很小，次導(dǎo)線半徑增大，導(dǎo)線附近的標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)略有增大。

2.次導(dǎo)線布置形式的影響。次導(dǎo)線布置形式對(duì)標(biāo)稱場(chǎng)稍有影響。

3.次導(dǎo)線分裂間距的影響。次導(dǎo)線隨著運(yùn)行電壓的升高分裂間距對(duì)最大標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)的影響略有增大。

4.導(dǎo)線高度的影響。導(dǎo)線高度對(duì)標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)的影響非常明顯，導(dǎo)線高度越低，標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)受電壓影響越顯著。

（二）超高壓?jiǎn)螛O直流輸電線路電場(chǎng)橫向分布及衰減規(guī)律

通過(guò)以上的研究我們可以看出，導(dǎo)線高度對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的衰減有較大影響，衰減率隨著導(dǎo)線高低而變化，而其他的則對(duì)電場(chǎng)的衰減影響較小。從工程角度來(lái)說(shuō)，增大導(dǎo)線的半徑提高導(dǎo)線起暈電壓從而減小電暈損失，而增大導(dǎo)線高度可以減小導(dǎo)線電場(chǎng)強(qiáng)度的橫向分布，從而減輕輸電線路對(duì)環(huán)境的影響。

（三）超高壓雙極直流輸電線路電場(chǎng)衰減規(guī)律

受導(dǎo)線電荷屏蔽效應(yīng)的影響，單極導(dǎo)線的標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)衰減率低于雙極，而單極導(dǎo)線起暈電壓較雙極高，空間電荷的影響比較顯著，所以合成場(chǎng)強(qiáng)的衰減率反而高于雙極。因此，建議超高壓直流輸電線路地面最大合成場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)限值為20KV/m。

三、超高壓直流輸電線路工頻電場(chǎng)環(huán)境

超高壓直流輸電線路導(dǎo)線極性的變化，導(dǎo)線電暈電荷不會(huì)形成離子流電場(chǎng)。在進(jìn)行超高壓直流輸電線路工頻電場(chǎng)強(qiáng)度分布的研究時(shí)，通過(guò)對(duì)導(dǎo)線高度、次導(dǎo)線分裂間距、次導(dǎo)線布置形式、次導(dǎo)線半徑等方面的分析，得到以下結(jié)果：

1.超高壓直流輸電線路的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度受導(dǎo)線高度的影響，導(dǎo)線越高，工頻電場(chǎng)強(qiáng)度越小，反之，亦然。而且相間電壓越高，導(dǎo)線高度對(duì)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的影響越明顯。

2.不同次導(dǎo)線布置形式下，相間電壓越高，工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的影響越明顯。

3.次導(dǎo)線半徑和次導(dǎo)線分裂間距對(duì)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度影響不大，影響結(jié)果相同。

4.相間距對(duì)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的影響也比較明顯，相間距越大，工頻電場(chǎng)強(qiáng)度越大。

因此，對(duì)于直流線路，減小電場(chǎng)影響主要可以從以下兩個(gè)方面：一是增加導(dǎo)線高度;二是增大次導(dǎo)線半徑以提高導(dǎo)線起暈電壓。

四、超高壓直流輸電線路的運(yùn)維管理策略和電場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)

（一）超高壓直流輸電線路運(yùn)維管理策略

1.定期巡視檢修策略

定期檢修又被稱作計(jì)劃?rùn)z修，主要是以時(shí)間為依據(jù)，對(duì)檢修工作的內(nèi)容和周期進(jìn)行提前設(shè)定。定期檢修在對(duì)重大機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行中起著重要作用。但是，這種模式也具有一定的局限性，只能按照預(yù)定的時(shí)間間隔對(duì)設(shè)備進(jìn)行一定程度上的解體檢修方式，而不能對(duì)設(shè)備的實(shí)際情況進(jìn)行檢修，因此，不但損失了設(shè)備有效利用時(shí)間，同時(shí)還會(huì)造成人力、物力的消耗和浪費(fèi)，甚至還會(huì)引發(fā)維修故障。

2.狀態(tài)巡視檢修策略

狀態(tài)巡視檢修策略也被叫做預(yù)知性檢修，主要以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷為基礎(chǔ)、根據(jù)對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷為依據(jù)，進(jìn)行檢修。設(shè)備的日常檢查、定期重點(diǎn)檢查、在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷所提供的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)分析總結(jié)進(jìn)而判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行相應(yīng)的檢修維護(hù)工作。但是這種方式，不僅安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備造價(jià)高，而且對(duì)故障診斷技術(shù)要求較高。

（二）電場(chǎng)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

高壓電場(chǎng)的生物效應(yīng)已經(jīng)得到證實(shí)，但是直流輸電線路的生物效應(yīng)因?yàn)樗芯康碾妶?chǎng)環(huán)境不同因此沒有達(dá)到統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。由于高壓直流輸電線路中的電場(chǎng)強(qiáng)度和離子流密度受電暈現(xiàn)象的影響一直存在著變化，并且輸電線路中的導(dǎo)體可以使電場(chǎng)產(chǎn)生畸變引起屏蔽作用，因此并不能說(shuō)明高壓直流輸電線路會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生影響。

國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中關(guān)于直流輸電線路電場(chǎng)環(huán)境標(biāo)注限值都不一樣，根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，加上高壓直流輸電線路的電場(chǎng)強(qiáng)度和離子流密度受電暈現(xiàn)象的影響不是一成不變的，所以本文僅推薦20KV/m為地面最大合成場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)限值。

（三）減緩輸電線路電場(chǎng)生物效應(yīng)的工程措施

減緩輸電線路電場(chǎng)生物效應(yīng)的工程措施主要有：

1.增加建筑物與導(dǎo)線間的距離。

2.增加導(dǎo)線高度來(lái)達(dá)到減小電場(chǎng)強(qiáng)度的目的。

3.減小極間距使電場(chǎng)強(qiáng)度減小，增加次導(dǎo)線半徑可以減小地面離子流密度，減輕電場(chǎng)的生物效應(yīng)，調(diào)整次導(dǎo)線布置形式減小工頻電場(chǎng)強(qiáng)度

（四）運(yùn)行維護(hù)建議

1.在有特高壓換流站相對(duì)集中的地區(qū)，建立就地維護(hù)中心，能夠?qū)Υ笮驮O(shè)備進(jìn)行就地維修和快速檢修工作。

2.要提高運(yùn)行維護(hù)管理，提高保護(hù)裝置、回路的巡視檢查工作，對(duì)于裝置、回路受潮、破損等情況要有合理有效的保護(hù)措施，確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境良好的狀態(tài)，規(guī)范裝置檢修管理技術(shù)和要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)非電量保護(hù)裝置檢修標(biāo)準(zhǔn)化。

3.加快特高壓換流變壓器、平波電抗器等設(shè)備套管國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，對(duì)于套管的選擇，應(yīng)盡量選擇環(huán)氧樹脂浸紙干式套管，而油浸紙?zhí)坠軇t需要結(jié)合具體的機(jī)器進(jìn)行使用。

五、進(jìn)一步工作建議

直流輸電線路是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)，而直流的輸電線路電場(chǎng)參數(shù)計(jì)算同樣也是一個(gè)十分繁復(fù)的工作。桿塔附近的電場(chǎng)分布應(yīng)建立相關(guān)的三維模型，能更好的加強(qiáng)和掌握對(duì)輸電線路沿線的分布情況。而且本文研究的是正常情況下超高壓直流輸電線路的電場(chǎng)環(huán)境問(wèn)題，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其他天氣諸如暴雨、大風(fēng)、雪天等狀況下的風(fēng)力、濕度等對(duì)直流輸電線路電場(chǎng)分布及其周圍的環(huán)境影響。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)本文的分析和研究，我們可以發(fā)現(xiàn)直流電場(chǎng)的應(yīng)用和效應(yīng)分析非常重要，超高壓直流輸電在經(jīng)濟(jì)效益方面優(yōu)于大多種其他輸電方式。由于輸電線路電場(chǎng)生物效應(yīng)的研究較少，本文分別分析了電場(chǎng)在各個(gè)方面的應(yīng)用，分析歸納了電場(chǎng)的生物效應(yīng)為超高壓直流輸電地面電場(chǎng)強(qiáng)度限值的確定提供依據(jù)。

筆者希望通過(guò)本文的分析研究，更多的專業(yè)人士能投入到該課題研究中，針對(duì)文章中存在的不足，指出指正意見，為提高我國(guó)超高壓直流輸電線路研究工作做出重要貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：朱云峰（1986—），男，吉林通化人，大學(xué)本科，中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局助理工程師，研究方向：高電壓技術(shù)。