1、我国更高一级电压等级输电的电磁环境研究1 引言 1 # 2 J( B. Z在未来 20 年，我国将继续开发西南水电和西北火电，逐步实施西电东送、南北互供和全国联网。采用更高电压等级输电，提高输电的经济性是我国电力行业面临的重要课题。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影响越来越受到人们的关注，受到环保的严厉制约，电磁环境成为决定输电线路结构，影响建设费用等的重要因素。为妥善解决好特高压输电线路的电磁环境问题，美国、前苏联、意大利、日本和巴西等国在采用新的电压等级之前，均先建立相应的试验基地，进行大量的试验研究，以期获得公众所能接受而经济上又是合理的输电线路设计。9 o
2、0 |9 j0 I( T( Z输电工程的电磁环境主要包括电场效应、无线电干扰和可听噪声等几方面内容，它们是输电工程设计、建设和运行中必需考虑的重大技术问题。2 交流特高压和直流600kV 及其以上电压等级输电电磁环境的发展概况# D ( B: j# M为了满足长距离大容量输电和联网的需要，六十年代中期，国际上开始了交流特高压（1000kV 及以上）输电技术的研究，并已经取得了很大进展。迄今为止，美国、前苏联、日本、意大利、巴西、加拿大、印度等国都进行了交流特高压输电的研究。一些国家的交流特高压输电技术已经过试验室阶段而进入了工业性试验阶段。美国是研究特高压输电最早的国家，在特高压输电技术的前期
3、研究中，建成了特高压输电的试验室和试验场，对可听噪声、无线电和电视干扰、工频电场效应等问题做了较为系统的研究，已取得了大量成果。前苏联已建成了 1936km 的 1150kV 输电线路，在实施研究的过程中对线路的环境影响进行了深入的研究。日本对环境十分重视，在1000kV 输电线路建设前，成立了特高压输电研究促进委员会。委员会下设了几个专委会，其中就有环境分会。意大利电力公司在 1976 年完成了 1000kV 试验线路，对可听噪声、无线电和电视干扰、工频电场效应等环境影响问题也都做了研究。19631968 年及 19711975 年，美国邦纳维尔电力局(BPA)和美国电力科学研究院(EPRI
4、)先后对600kV 直流输电线路的电磁环境进行过详细的试验研究，通过已建成线路的运行经验，说明600kV 直流输电线路的有关技术问题已基本过关。对600kV1200kV 直流输电线路的电磁环境，美国 EPRI 曾委托魁北克水电研究院(IREQ)进行了研究，结果表明，设计特高压直流线路在技术上是可行的。目前世界上实际运行的直流工程的最高电压等级是600kV，即巴西的伊泰普直流工程。国际大电网委员会(CIGRE)与美国电气工程师学会(IEEE)做了关于800kV，1000kV 和1200kV 等较高电压等级高压直流输电全面研究，认为采用这一电压等级的直流输电是可行的，但是还需要进行进一步的研发工作
5、。总地来说，美国、前苏联、意大利等国在交流特高压和600kV 及其以上电压等级直流输电方面的基础研究已取得许多成果，目前各国都在深入研究其环境影响问题。3 交流特高压和直流600kV 及其以上电压等级输电电磁环境的研究进展 g/ j- M! l; k5 X4 S/ _4 B3.1 交流特高压输电线路3.1.1 可听噪声) O A* s各国的研究结果都表明，只要合理设计，交流特高压输电线路的可听噪声可以达到与超高压输电线路的可听噪声相当的水平。; k( i0 O V; P1 o5 至于交流特高压线路可听噪声的限值标准，到目前为止各国并未正式制订，IEC 和一些开展这方面研究较早的国家如美国、日本
6、、意大利和前苏联等都提出了自己的限制值。其中美国根据公众对送电线路可听噪声的反映提出了一般准则（Perry 准则）：认为离线路中心线 30m 处，52.5dB(A)以下基本无投诉，52.559dB(A)范围内有少量投诉，59dB(A)以上有大量投诉。- p6 D/ ?9 ?$ j; t, X输电线路下空间场强的大小，除与所加电压有关外，还与导线的布置形式、几何位置极其尺寸等因素有关，因此，可以通过（1）调整导线离地高度、相间距离、分裂导线结构尺寸、相导线的布置方式等来降低线路下的电场强度。研究表明：在这几种方式中，要减小线下空间场强，以适当增加导线对地高度最为有效。靠减小相间距离来减小场强，将
7、受到绝缘配合的限制，效果也不如适当增加导线对地高度显著。减小分裂导线数目虽能减小线下场强，但可听噪声、无线电干扰水平有所增加。在设计新线路选择导线布置时，采用倒三角形布置可减小线下场强和节省线路走廊占地。, : p$ $ % p; a N w2 a5 p. k关于直流电场和离子流在实验室的研究结果与高压直流线路电磁环境关系方面，已发表有大量文献。许多试验研究既报道了对植物和动物存在有益影响，也报道存在有害影响。然而对离子流产生的生物作用，在科学上的争论至今仍在继续。“ j3 t/ ; Q V) n3 R; j美国 Delles 试验中心曾做过试验：穿普通鞋的人在高压直流母线下，当电场为30kV
8、/m 时，毛发有刺激感，头皮有轻微刺痛感。这主要是由于人处在电场中将使原有电场发生畸变，使部局电场加强所致。基于以上试验情况，曾规定直流输电线路下，可能有人员活动的地方，合成场强限制为 30kV/m。按照美国能源部超、特高压输电线电气与机械设计规范规定，直流线路无电晕时的电场强度取线下为 15kV/m。日本环境部会取值为 9kV/m。3.3.2 可听噪声随着电压等级的升高，输电线路的可听噪声已成为设计交、直流特高压线路必须考虑旳重要因素。交流输电线路可听噪声，在晴天时小，一般是在小雨、雾和下雪时可听噪声大，是线路设计考虑的主要条件。而直流输电线路下雨时，可听噪声较晴天反而有所减小，下雪天的噪声
9、与晴天差别不大，因此晴天的可听噪声是设计直流线路时首先要考虑的。美国能源部（DOE）建议将直流输电线路可听噪声限制在 4045dB（A）范围内，50 以上的好天气不超过该值。这是根据美国 BPA 早期的有关调查研究结论得来，即40dB（A）是一个界限，超过这个界限由直流输电线路产生的噪声则不可接受。日本将直流线路晴阴天气 50 的可听噪声目标值定为 40dB（A）。3.3.3 无线电干扰主观评价结果认为：对直流输电线路允许的无线电干扰的信噪比为 2021dB，即广播信号必须比直流电晕干扰高出 2021dB，才能较为满意的收听。而对交流输电线路较为满意的收听的信噪比为 24dB，由此可见直流输电
10、线路因电晕对无线电广播的干扰要比交流线路小。美国规范规定走廊边缘上 80 全天候的无线电干扰为 5358dB，日本将目标值定在 50dB，为晴阴天 50 的值。3.4600kV 及其以上电压等级换流站世界上500kV 直流输电系统运行经验超过 50 年，600kV 直流输电系统运行经验也已超过 15 年，这些直流输电系统已经具有相当实用的运行经验。从我国近几年的天广、三常、三广和贵广500kV 直流输电工程换流站的电磁环境测试来看，存在两个突出问题：（1）换流站的可听噪声太大；（2）换流站接地极的地电位对交流系统的影响比较严重。换流站内的主要噪声源有换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、换流阀和
11、冷却系统设备。后两种设备置于室内，其噪声基本被房屋屏蔽；前三种设备安装在室外，其噪声对外界造成严重影响。龙泉、政平和荆州换流站周围的民众对换流站噪声抱怨比较强烈，应引起重视。关于换流站的噪声，以下几方面的问题值得注意：（1）换流站围墙外 20m 的噪声设计指标与国家规定的城市区域环境标准相矛盾；（2）站内的一些室外设备如平波电抗器和交流滤波器等发出的噪声，在额定功率下超过了招投标书的要求，未采取必要的噪声抑制措施。对600kV 及以上电压等级的换流站，其设备的可听噪声影响可能更大。当直流输电采用单极大地返回方式运行时，入地电流使接地极周围地电位升高，导致附近不同位置交流变电站之间出现直流地电位
12、差。对于中性点接地且有关联的交流变电站，接地极入地电流引起的地电位变化会在交流侧绕组电流中产生直流分量，两者共同作用使换流变压器产生直流偏磁现象，变压器的损耗、温升以及 50Hz 的噪声（正常时基波噪声频率为 100Hz）都有明显增加。直流偏磁现象影响变压器正常工作，严重时还会损坏变压器。广东省大地电阻率普遍较高，按电力规划，珠江三角洲地区换流站也较多，上述问题将会比较严重。广东境内已有 3 座500kV 的换流站，目前靠尽量控制运行方式回避上述问题，比较被动，应尽早着手研究和解决直流接地极地电位升对交流系统的影响。4 需要进一步研究的问题和建议, S* z R! v6 e/ P( m1 j4
13、.1 关于标准对于交流特高压输电线路，建议将距边相导线 15m 处的可听噪声水平限制在52dB（A）以内，距边相导线 20m 处的无线电干扰水平可限制在 5560dB。按下述方法确定特高压输电线路下工频场强限制值：（1）对于公众活动区域，场强应限制在5kV/m。（2）线路跨越公路处、公众容易接近的一般地区，场强限制在 7kV/m；跨越农田，场强限制在 10kV/m。（3）对于人烟稀少的偏远地区、线路跨越公路处，场强限值可增至 10kV/m；非大众活动区域或偶尔有人经过的区域，场强限值还可放宽至1215kV/m。对于600kV 及以上电压等级直流输电线路，建议将合成场强限制在 30kV/m；离子
14、流密度限制在 100nA/m2。与有些国家相比，我国人口密度大，输电线路临近民房问题比较突出；临近民房的地面标称场强限制值的大小直接关系到民众的身体健康，同时也影响输电线路建设投资。对放宽临近民房所在地面标称场强限制值的建议可以予以考虑，但需经过科学论证后确定。建议将距正极性导线 15m 处的 50 全天候的可听噪声水平限制在 4550dB（A）；无线电干扰水平限制值可参照我国高压交流架空送电线路无线电干扰限值中对交流500kV 输电线路的无线电干扰限制要求执行。! ; Y“ A$ y. t( K& G, ?4 4.2 建议开展以下研究（1）电磁环境试验研究：我国与其它国家相比，有比较突出的环
15、境问题。我国地域复杂，大气条件变化很大，特别是高海拔地区约占全国总面积的 2/3，而这些地区又是我国水电资源和大型燃料动力综合基地。电晕放电是高海拔输电的突出问题之一。因此，需要从理论和试验方面来开展高海拔对特高压输电电磁环境影响问题的研究。7 4 n1 Z% . N（2）电磁环境计算研究：对已有计算方法进行收集、归纳和整理，并与试验结果比较以验证其正确性；进一步研究超、特高压输电线路可听噪声、无线电干扰、线下工频电场和工频磁场的计算；研究直流输电线路的合成电场和离子流的计算方法和测试技术。（3）电磁环境限值标准研究：提出、确定和完善适合我国国情的超、特高压输电的电磁环境限值标准。（4）几个特殊问题研究：对已提出的降低交流特高压输电线路可听噪声的措施进行分析，比较其实用性，进一步研究有效且经济的方法；研究电场效应的长期生态影响；研究直流接地极的形状和结构，改善其接地性能；研究直流接地极地电位对交流系统的影响以及抑制交流系统内直流电流的方法和措施；研究换流站噪声抑制方法和措施；研究超、特高压输电系统对弱电系统和长距离输油输气管道的电磁影响。
