±800 kV直流輸電并行線路電場環(huán)境影響分析

張延輝，張 健，王笑竹

(中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司， 長春 130021)

特高壓直流輸電用于電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)，其中±800 kV直流輸電技術(shù)已成功應(yīng)用在西電東送規(guī)劃中。作為“十二五”云南電力外送工程中的重要部分，糯扎渡送電廣東±800 kV 直流輸電工程(簡稱普僑線)符合國家能源戰(zhàn)略，從而落實(shí)國家“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)南方電網(wǎng)西電東送總體規(guī)劃目標(biāo)。普僑線直流輸電工程在運(yùn)行過程對周圍電場環(huán)境的影響，表現(xiàn)在線路周圍合成電場強(qiáng)度指標(biāo)值增高，在輸電走廊中多條直流輸電線路并行情況下，會產(chǎn)生合成電場強(qiáng)度偏大的疊加效應(yīng)。根據(jù)HJ 24—2014《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-輸變電工程》提供的計(jì)算模型預(yù)測普僑線與其他運(yùn)行±800 kV直流線路并行產(chǎn)生的疊加合成電場強(qiáng)度值，通過竣工環(huán)保驗(yàn)收實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)證預(yù)測模式的準(zhǔn)確度。

1 ±800 kV直流輸電線路運(yùn)行產(chǎn)生的電場環(huán)境影響

直流輸電線路運(yùn)行會使電場環(huán)境產(chǎn)生變化，主要為直流帶電導(dǎo)體上電荷產(chǎn)生的電場和導(dǎo)體電暈引起的空間電荷合成后的電場。當(dāng)直流輸電線路導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度大于起始電暈電場強(qiáng)度時，靠近導(dǎo)線表面的空氣發(fā)生電離，電離產(chǎn)生的空間電荷將沿電力線方向運(yùn)動。以雙極直流線路為例，不考慮外界氣象等條件，此時整個空間大致可分為三個區(qū)域：正極導(dǎo)線與地面間(區(qū)域)充滿正離子，負(fù)極導(dǎo)線與地面間(區(qū)域)充滿負(fù)離子，正負(fù)極導(dǎo)線間正負(fù)離子同時存在。這些空間電荷將造成直流輸電線路所特有的一些效應(yīng)?？臻g電荷本身產(chǎn)生的電場將大大加強(qiáng)由導(dǎo)線電荷產(chǎn)生的電場；空間電荷在電場作用下的運(yùn)動，形成離子電流。空間電荷合成后的電場是直流線路對地面合成電場強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)。

在±800 kV直流輸電線路極導(dǎo)線兩側(cè)50 m帶狀區(qū)域電場環(huán)境影響評價范圍內(nèi)住宅、學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓、工廠等有公眾居住、工作或?qū)W習(xí)的建筑物，屬環(huán)境敏感目標(biāo)。根據(jù)DL/T 1088-2008《±800 kV特高壓直流線路電場環(huán)境參數(shù)限值》，輸電線路在臨近環(huán)境敏感目標(biāo)合成電場強(qiáng)度控制指標(biāo)：最大值25 kV/m，同時應(yīng)滿足80%測量值不超過15 kV/m。在±800 kV特高壓直流線路設(shè)計(jì)、環(huán)評時合成電場強(qiáng)度均應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 直流輸電線路環(huán)境影響的預(yù)測模型及影響因子

根據(jù)HJ 24-2014 ，決定直流輸電線路環(huán)境影響的重要參數(shù)是離子流密度和由導(dǎo)線上電荷、空間電荷共同產(chǎn)生的合成電場強(qiáng)度。導(dǎo)則推薦采用解析計(jì)算辦法，采用Deutsch假設(shè)，認(rèn)為空間電荷不影響場的方向，僅影響其大小。

空間電荷只影響電場強(qiáng)度幅值而不影響其方向，即Deutcsh假設(shè)。

Es=AE

(1)

式中：Es為空間電荷存在時地面合成電場強(qiáng)度；E為電場強(qiáng)度；A為標(biāo)量函數(shù)。

電暈后導(dǎo)線表面電位保持在起暈電壓值V0，當(dāng)導(dǎo)線對地電位為V時，導(dǎo)線表面的A值為Ae，則:

Ae=V0/V

(2)

采用逐步鏡象法或模擬電荷法，沿?zé)o空間電荷電場強(qiáng)度的電力線計(jì)算無空間電荷下電場強(qiáng)度E。

(3)

(4)

式中：ρe為導(dǎo)線表面電荷密度，可用弦截迭代法求出；ρm為導(dǎo)線表面平均電荷密度，為弦截迭代法ρe的初值；φ為無空間電荷時空間某點(diǎn)的電位；ε0為介電常數(shù)；η為積分變量。

根據(jù)環(huán)評預(yù)測模式中影響因子分析，由于預(yù)測模式中主要以理想狀態(tài)下進(jìn)行的因子計(jì)算，而實(shí)際情況下起暈電場強(qiáng)度與分裂導(dǎo)線間距和根數(shù)、導(dǎo)線表面狀況、濕度的分布都對地面合成電場有影響。其中在分裂導(dǎo)線間距和根數(shù)一致情況下，隨導(dǎo)線粗糙度大而增大、隨濕度增大而減小。

3 特高壓直流線路并行情況合成電場強(qiáng)度預(yù)測結(jié)果

3.1 模式預(yù)測計(jì)算參數(shù)

普僑線直流輸電線路與±800 kV云廣線并行預(yù)測參數(shù)見表1。

表1 普僑線與云廣線路并行時預(yù)測參數(shù)

3.2 模式預(yù)測計(jì)算結(jié)果

普僑線與云廣線并行時地面合成電場強(qiáng)度預(yù)測結(jié)果見圖1。

圖1 合成電場強(qiáng)度分布

預(yù)測計(jì)算結(jié)果顯示：普僑線與云廣線路并行經(jīng)過環(huán)境敏感目標(biāo)區(qū)域時(線高21 m)，隨著由外向內(nèi)靠近普僑線線路，地面合成電場強(qiáng)度逐漸升高， -80 m 時為-0.41 kV/m，至-58 m(普僑線外側(cè)極導(dǎo)線外7 m)時達(dá)到-5.96 kV/m，說明普僑線外側(cè)極導(dǎo)線7 m 外電場強(qiáng)度均能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)；然后地面合成電場強(qiáng)度逐漸升高，至-29 m(普僑線內(nèi)側(cè)極導(dǎo)線下)處為-18.38 kV/m；至-22 m(普僑線內(nèi)側(cè)極導(dǎo)線外7 m)處為-21.63 kV/m；至-8 m 處(普僑線內(nèi)側(cè)極導(dǎo)線外21 m)為-15 kV/m。超過15 kV/m 標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)段為普僑線內(nèi)側(cè)極導(dǎo)線外21 m 區(qū)域。上述分析結(jié)果可知，兩回線路外側(cè)極線7 m 外的地面處合成電場強(qiáng)度均小于15 kV/m，滿足居民區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值要求；但兩回線路內(nèi)側(cè)地面合成電場強(qiáng)度出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域，超過標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域?yàn)閮苫鼐€路內(nèi)側(cè)極導(dǎo)線外21 m 以內(nèi)區(qū)域，即說明普僑線線路與云廣線并行段外側(cè)地面合成電場強(qiáng)度存在一定的削減作用。

4 特高壓直流線路竣工環(huán)保驗(yàn)收實(shí)測結(jié)果

根據(jù)文獻(xiàn)[1]中對普僑線運(yùn)行期與云廣直流線路并行段(中心線最近距離80 m處)合成電場強(qiáng)度監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖2。普僑線自運(yùn)行以來，極1、極2電壓均達(dá)到800 kV設(shè)計(jì)要求，且主體工程運(yùn)行穩(wěn)定、環(huán)境保護(hù)設(shè)施運(yùn)行正常，滿足監(jiān)測工況要求。

圖2 合成電場強(qiáng)度監(jiān)測值數(shù)據(jù)

5 環(huán)境評價預(yù)測與實(shí)測值分析

5.1 環(huán)境評價預(yù)測與實(shí)測值規(guī)律性分析

根據(jù)圖1與圖2數(shù)據(jù)對比，普僑線與云廣直流線路并行行期間地面合成電場強(qiáng)度實(shí)測值與環(huán)境評價(下文簡稱環(huán)評)預(yù)測值的運(yùn)行規(guī)律是一致的，即普僑線與云廣直流線路并行外側(cè)合成電場強(qiáng)度均低于15 kV/m，滿足居民區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值要求；并行線路內(nèi)側(cè)，隨著由外向內(nèi)靠近普僑線線路，地面合成電場強(qiáng)度逐漸升高，超過15 kV/m標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)段為并行線路內(nèi)側(cè)導(dǎo)線范圍內(nèi)。

5.2 環(huán)境評價預(yù)測與實(shí)測差異性的影響分析

a.影響程度差異性。根據(jù)對普僑線地面合成電場強(qiáng)度值的實(shí)測，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測最大值低于環(huán)評預(yù)測值。其中環(huán)評預(yù)測地面合成電場強(qiáng)度最大值22.15 kV/m，實(shí)測地面合成電場強(qiáng)度15.7 kV/m。

b.影響范圍差異性。環(huán)評預(yù)測地面合成電場強(qiáng)度最大值位于距兩回±800 kV直流線路中心線的水平距離20 m處，即距普僑線內(nèi)側(cè)邊導(dǎo)線外9 m處。實(shí)測地地面合成電場強(qiáng)度最大值位于距兩回±800 kV直流線路中心線的水平距離24 m處，即距普僑線內(nèi)側(cè)邊導(dǎo)線外5 m處。

c.影響因素分析。直流線路實(shí)行運(yùn)行產(chǎn)生的地面合成電場強(qiáng)度值，主要受電壓等級、導(dǎo)線粗糙度、濕度等因素影響。在±800 kV電壓等級條件下，由于普僑線監(jiān)測時段為普僑線線路運(yùn)行初期，導(dǎo)線表面較光滑，減少電暈產(chǎn)生；同時，監(jiān)測時段為9月份，監(jiān)測點(diǎn)位位于廣西南寧市區(qū)域濕度大，對地面合成電場強(qiáng)度有減少影響。故普僑線地面合成電場強(qiáng)度值實(shí)際監(jiān)測值低于環(huán)評預(yù)測值。

6 結(jié)束語

在直流線路并行走廊中，在直流線路中心線最小間距80 m情況下，外側(cè)合成電場強(qiáng)度均低于15 kV/m，滿足居民區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值要求；并行線路內(nèi)側(cè)，隨著由外向內(nèi)靠近普僑線線路，地面合成電場強(qiáng)度逐漸升高，超過15 kV/m標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)段為并行線路內(nèi)側(cè)導(dǎo)線范圍內(nèi)。

直流輸電線路運(yùn)行產(chǎn)生會合成電場強(qiáng)度，主要為直流帶電導(dǎo)體上電荷產(chǎn)生的電場和導(dǎo)體電暈引起的空間電荷合成后的電場即起暈電場強(qiáng)度。其中起暈電場強(qiáng)度對合成電場強(qiáng)度起較大貢獻(xiàn)，起暈電場強(qiáng)度與分裂導(dǎo)線間距和根數(shù)、導(dǎo)線表面狀況、濕度影響關(guān)系較大。在分裂導(dǎo)線間距和根數(shù)一致情況下，隨導(dǎo)線粗糙度大而增大、隨濕度增大而減小。

在實(shí)際輸電線路設(shè)計(jì)中，由于并行段存在合成電場強(qiáng)度值有超過DL/T 1088—2008中輸電線路在臨近環(huán)境敏感目標(biāo)合成電場強(qiáng)度控制指標(biāo)：80%測量值15 kV/m的可能性，在直流線路并行走廊段應(yīng)避免有民居房屋存在，在選擇線路路徑時應(yīng)予以重視，避免發(fā)生對沿線民眾產(chǎn)生影響的事件。

根據(jù)普僑線實(shí)測結(jié)果，并行線路外側(cè)全合成電場強(qiáng)度低于并行線路內(nèi)側(cè)合成電場強(qiáng)度。說明直流線路并行情況下由于電磁疊加效應(yīng)內(nèi)側(cè)區(qū)域合成電場強(qiáng)度增強(qiáng)，外側(cè)線路區(qū)域受疊加效應(yīng)不明顯，故外側(cè)區(qū)域合成電場強(qiáng)度值可以代表直流線路單條線路電磁影響程度，據(jù)此可說明直流線路并行情況下對周圍電磁環(huán)境的影響程度大于單條線路。