架空輸電線路的電暈及其對(duì)環(huán)境的影響

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

關(guān)鍵詞：交流架空輸電線路；電暈現(xiàn)象；可聽(tīng)噪聲；無(wú)線電干擾

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

1 電暈現(xiàn)象

電暈現(xiàn)象是帶電導(dǎo)體周?chē)臻g出現(xiàn)強(qiáng)電場(chǎng)并使空氣發(fā)生游離的結(jié)果，是一種特殊的氣體放電形式。在大氣中存在數(shù)量巨大的自由電子，這些電子在輸電線路電場(chǎng)的作用下加速，并不停地撞擊氣體原子。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增加，氣體中自由電子的運(yùn)動(dòng)速度亦隨著不斷增大，其撞擊氣體原子的時(shí)所攜帶的能量也越大。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度到達(dá)某一數(shù)值時(shí)，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(chǎn)生一個(gè)新的離子，即導(dǎo)線周邊空氣開(kāi)始產(chǎn)生電離現(xiàn)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(fā)，躍遷到較高的能級(jí)。隨后，受激發(fā)的原子力圖回到基態(tài)上去，與此同時(shí)放出激發(fā)時(shí)所吸收的能量。正離子也有機(jī)會(huì)和自由電子產(chǎn)生碰撞，使得正離子與自由電子復(fù)合，轉(zhuǎn)變?yōu)橹行栽?，這個(gè)過(guò)程會(huì)釋放出多余的能量。在不斷的電離、復(fù)合過(guò)程中，會(huì)輻射出大量光子，在夜晚我們可以觀察到導(dǎo)線周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生藍(lán)色的暈光，并同時(shí)伴隨有“咝咝”聲響，這就是電暈現(xiàn)象。

影響交流架空線路電暈放電水平的主要因素：

（1）架空導(dǎo)線表面情況。影響導(dǎo)線表面狀況的主要有兩個(gè)方面。一是大氣中飄落到導(dǎo)線上的異物，如粉塵、鳥(niǎo)糞、鐵絲、樹(shù)枝、風(fēng)箏等。當(dāng)異物附著在架空導(dǎo)線表面時(shí)，會(huì)使得導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生畸變，在畸變場(chǎng)強(qiáng)的峰值位置，容易成為起暈部位。二是由于制造工藝或架設(shè)過(guò)程中引起架空導(dǎo)線表面出現(xiàn)毛刺、凸起等現(xiàn)象，投入運(yùn)行后在這些部位的局部場(chǎng)強(qiáng)將會(huì)增強(qiáng)，有可能成為線路的起暈部位。

（2）臨近架空導(dǎo)線的小質(zhì)點(diǎn)。當(dāng)導(dǎo)線處于雨、雪及起霧天氣或粉塵環(huán)境中，空氣中的小質(zhì)點(diǎn)靠近帶電導(dǎo)線時(shí)，由于導(dǎo)線周?chē)妶?chǎng)的影響，使得小質(zhì)點(diǎn)出現(xiàn)極化，面向?qū)Ь€和背向?qū)Ь€側(cè)分別感應(yīng)出不同極性的電荷。小質(zhì)點(diǎn)面向帶電導(dǎo)線側(cè)感應(yīng)的電荷極性與導(dǎo)線上的相反，對(duì)導(dǎo)線與小質(zhì)點(diǎn)之間的場(chǎng)強(qiáng)有助增作用。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)到達(dá)一定數(shù)值，導(dǎo)線與小質(zhì)點(diǎn)之間擊穿空氣間隙放電，使得小質(zhì)點(diǎn)帶上與導(dǎo)線同樣極性的電荷而相互排斥，小質(zhì)點(diǎn)又迅速離開(kāi)帶電導(dǎo)線。如此反復(fù)，可形成連續(xù)的電暈放電現(xiàn)象。

（3）空氣密度和大氣條件。相對(duì)空氣密度和氣象狀況直接影響導(dǎo)線表面起暈臨界場(chǎng)強(qiáng)。相對(duì)空氣密度增加，提高了電暈起始電場(chǎng)強(qiáng)度。在高海拔地區(qū)，由于相對(duì)空氣密度較小，因此在相同的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)和電壓下，其電暈放電較低海拔地區(qū)要嚴(yán)重得多。

2 可聽(tīng)噪聲

架空導(dǎo)線的表面場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到某一臨界限值時(shí)，該導(dǎo)線表面將出現(xiàn)電暈現(xiàn)象。隨機(jī)的高能放電使導(dǎo)線附近空氣壓縮或稀薄以聲的形式傳播，產(chǎn)生了可聽(tīng)噪聲。架空線路的可聽(tīng)噪聲主要有兩個(gè)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(shù)倍的純聲（哼聲和嗡嗡聲）。導(dǎo)線電暈引起的隨機(jī)且無(wú)規(guī)律放電脈沖是寬頻帶噪聲的源頭，其與環(huán)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(yùn)動(dòng)擠壓空氣引起的50Hz及其整數(shù)倍的純聲。交流輸電系統(tǒng)電壓是隨著時(shí)間在正負(fù)半波之間交變，由于電暈產(chǎn)生的正、負(fù)離子在帶電導(dǎo)線附近以兩倍工頻往返運(yùn)動(dòng)，因此電暈放電發(fā)出的可聽(tīng)噪聲頻率主要為100Hz。

當(dāng)可聽(tīng)噪聲頻率超過(guò)1000Hz時(shí)，隨距離的衰減幅度將非常明顯。因此，在離開(kāi)交流輸電線路一定距離后，可聽(tīng)噪聲中的高頻分量會(huì)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(tīng)噪聲最有效的方法是增加分裂導(dǎo)線的數(shù)目與直徑，國(guó)外特高壓試驗(yàn)基地中曾測(cè)量過(guò)不同分裂導(dǎo)線在幾個(gè)電壓等級(jí)下的噪聲，如表1所示，可見(jiàn)導(dǎo)線選擇合理的分裂根數(shù)與半徑可有效降低可聽(tīng)噪聲。

架空線路的雨天可聽(tīng)噪聲比晴天可聽(tīng)噪聲大15～20dB，如果我們能將雨天時(shí)，架空輸電線路的可聽(tīng)噪聲大小限制在55dB以下，那么意味著晴天時(shí)，架空線路的可聽(tīng)噪聲只有35～40dB。由于大雨天時(shí)環(huán)境的背景噪音較大，人們對(duì)架空導(dǎo)線電暈可聽(tīng)噪聲的感知能力將進(jìn)一步減弱。濃霧或陰雨天氣時(shí)，電暈可聽(tīng)噪聲與背景噪聲相比較為明顯，針對(duì)這種天氣情況，架空線路走廊在經(jīng)過(guò)居民區(qū)附近的，應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，以電暈噪聲傳至房間內(nèi)不影響人們休息為準(zhǔn)則。

3 無(wú)線電干擾

輸電線路電暈放電是產(chǎn)生無(wú)線電干擾的根源，無(wú)線電干擾指在無(wú)線電頻段可能對(duì)有用信號(hào)造成損害的電磁干擾，使得無(wú)線電接收設(shè)備達(dá)不到正常工作所需的信噪比，根據(jù)大量的測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)出的輸電線路電暈放電的頻譜特性在0.15～4MHz頻率范圍，國(guó)際無(wú)線電干擾委員會(huì)（CISPR）推薦的測(cè)量頻率是0.5MHz。

對(duì)于一般情況下的輸電線路，國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)C分會(huì)推薦的是80%//80%規(guī)則，它的含義是：在80%以上時(shí)間內(nèi)，架空輸電線路的無(wú)線電干擾不超過(guò)允許值的最低置信度為80%。

加拿大國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的無(wú)線電干擾限值是以0.5MHz為參考頻率，

距邊相導(dǎo)線對(duì)地投影外15m為參考距離，不同電壓等級(jí)線路的最大無(wú)線電干擾限值列于表3，由于城市的電臺(tái)信號(hào)會(huì)增強(qiáng)，對(duì)于進(jìn)入城區(qū)的輸電線路，無(wú)線電干擾限值允許放寬。將表3中600kV以上電壓等級(jí)輸電線路的無(wú)線電干擾限值折算到邊導(dǎo)線對(duì)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB15707-1995《高壓交流架空送電線無(wú)線電干擾限值》規(guī)定的限值（0.5MHz），限值的參考距離是邊相導(dǎo)線投影外20m處。在我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)中，無(wú)線電干擾限值也隨電壓升高而增大。我國(guó)1000kV級(jí)交流特高壓輸電線路晴天無(wú)線電干擾的限值目前暫取55dB，參考頻率0.5MHz，參考點(diǎn)為邊相導(dǎo)線投影外20m處。

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