我国更高一级电压等级输电的电磁环境研究

630中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集中国•海南我国更高一级电压等级输电的电磁环境研究吴桂芳，陆家榆，邵方殷（中国电力科学研究院，北京100085）RESEARCHONELECTROMAGNETICENVIRONMENTFROMTHENEXTVOLTAGELEVELOFTRANSMISSIONSYSTEMINCHINAWUGui-fang,LUJia-yu,SHAOFang-yin（ElectricPowerResearchInstitute，Beijing100085，China）ABSTRACT:ItisasignificantproblemforWesttoEastElectricPowerTransmittingstrategytousethenextvoltageleveloftransmissionsystemduetoeconomy.TheoverseaanddomesticachievementsinscientificresearchonthequestionsaboutelectromagneticenvironmentfromACultrahighvoltage(UHV)and±600kVandaboveDCtransmissionsystem,suchasradiointerference,audiblenoise,electricfieldsandbiologicaleffectonobjectswereanalyzedanddiscussedinthisreport.Thesuggestionsonlimitofthenextvoltageleveltransmissionsystem'selectromagneticenvironmenthavebeenmade,whichconformtothesituationinourcountry.Andsomemethodsofimprovingtheirelectromagneticenvironmenthavebeengiven.Thequestionsontheirelectromagneticenvironmentthatneedtofurtherstudyandsolvehavebeensuggestedintheend.KEYWORDS：Electromagneticenvironment;Transmission;DC;UHV摘要：采用更高电压等级以提高输电的经济性，是西电东送面临的重要课题。输电工程的电磁环境与民众健康和工程造价密切相关，是提高输电电压时必须考虑的重大技术问题。文章对国内外交流特高压和直流±600kV及以上电压等级输电所涉及的无线电干扰、可听噪声、工频电场、工频磁场、直流合成场强和离子流的研究进行了分析；提出了电磁环境有关量的限值建议；给出了改善电磁环境的方法措施；提出了需进一步研究和解决的问题。关键词：电磁环境；输电；直流；特高压1引言在未来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。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。1963～1968年及1971～1975年，美国邦纳维中国•海南中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集631尔电力局(BPA)和美国电力科学研究院(EPRI)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±600kV～±1200kV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。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3.1交流特高压输电线路3.1.1可听噪声从建设、设计和运行经验来看，750kV及其以下线路的无线电干扰是线路设计的控制条件，线路设计满足无线电干扰限值要求后，可听噪声自然满足。对特高压线路来讲，可听噪声将很有可能是线路设计的控制条件。可听噪声的研究成果相当可观：根据试验结果总结出了解析计算经验公式，并给出了降低可听噪声的解决方案，包括采取非对称多分裂导体或在导线下部装设附加子导线、对子导体的绝缘表皮进行老化处理和采用不影响导体散热的憎水涂料等。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。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、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，52.5～59dB(A)范围内有少量投诉，59dB(A)以上有大量投诉。3.1.2无线电干扰无线电干扰研究也有了很大进展，CISPR（国际无线电干扰特别委员会）推荐了特高压输电工程的无线电干扰的激发函数，给出了计算特高压输电线路的无线电干扰水平的经验计算公式，并根据无线电台的性质和种类给出了相应距离保护方案和限制无线电干扰的措施等。在综合考虑特高压输电线路建设中的各种因素和投资费用下，适当增加分裂数、增加相间距、减少导线截面可减少无线电干扰的影响；在某些场合还可适当调整无线电干扰限值。美国、日本、加拿大、意大利和前苏联等国的研究结果都表明：交流特高压输电线路的无线电干扰限制指标或预期的干扰水平可以达到与超高压线路的干扰指标相当。在无线电干扰的限值方面，美国提出在设计1500kV线路时将线路走廊的无线电干扰水平限制在58dB（1MHz），前苏联在设计1200kV线路时采用CISPR推荐的限值：距边相20m处的晴天干扰水平为58dB（0.5MHz）。3.1.3电场效应电场的生态效应分为短时影响和长期影响。短时影响主要研究了人体对电击和电场的直接感受，电流对人体的影响；长期影响的研究是通过调查和试验室研究进行的。工频电磁场是否对生物系统，特别是对人类的健康是否产生有害影响，始终是一个悬而未决的问题，因此对生态效应的研究还有待继续研究。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。欧美一些国家对400～700kV输电线路线下最大地面场强大多数取值为10～12kV/m，没有发现632中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集中国•海南这样电压等级线路对人体健康有危害的报告。美国新泽西州对线路走廊边缘的最大允许场强规定为3kV/m，BPA对线路走廊宽度的标准要求为5kV/m，迄今BPA的研究证明选取该值还没有出现不利的结果。3.2特高压变电站国际上采用的特高压变电站有3种型式：传统的户外型（敞开式，如前苏联采用）变电站、混合型（如美国采用）变电站和气体绝缘型GIS（如日本、意大利采用）变电站。前苏联已经建成并投入运行的特高压变电站全部采用户外结构。埃基巴斯图兹变电站是联结西伯利亚乌拉尔和中亚电力系统1150kV输电线路的枢纽，站内在断路器的部位和主要的巡视路径设有金属屏蔽网（或屏蔽线），保证廊道下地面场强小于5kV/m。场内大部分地区场强在15～20kV/m之间，出线分压器的部位地面场强高达35kV/m，两人皮肤相互靠拢有轻微的放电感觉。巡视和其他工作人员在超过15kV/m的场强区域内作业，应穿特制的屏蔽服。在变电站内无线电干扰水平超过了规定水平，对母线（尤其是他们的交汇处）和装置的屏蔽改进等设计工作仍在继续。日本的1000kV特高压变电站是采用SF6全组合电器的变电站，进线和出线均由套管引进和引出，对环境的影响较小。另外，还为减少噪声污染为主变压器专门设置了隔音箱。按我国用电特点，如采用GIS变电站，将大大减少占地面积（约为户外型的1/4）和对环境的影响。3.3±600kV及其以上电压等级直流输电线路在条件基本相同的情况下，直流输电线路对环境的各种影响一般要比交流的影响要小，这是直流输电的优点之一。对±600kV及其以上电压等级直流输电线路电磁环境的研究，美国EPRI做了大量研究工作。对直流电场和离子流、可听噪声以及无线电干扰的产生机理、试验方法和过程做了详细的报道，并总结了准确实用的计算方法，为±600kV及其以上电压等级直流输电线路的设计提供宝贵的经验。3.3.1电场效应高压直流输电线路线下的电场效应与交流相比有很大的不同，体现在：合成电场普遍高于同一电压等级的交流线路线下的电场；在正常运行的直流输电线路下，没有通过电容耦合的感应现象。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。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/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30