陳 偉，魏化軍，溫如春，孫 彥，羅 超，查智明

(1.上海市輻射環(huán)境監(jiān)督站，上海 200065;2.安徽省電力環(huán)境監(jiān)測(cè)研究中心站，安徽 合肥 230601)

0 引言

近年來(lái)，±800 kV 以上的高壓直流輸電線路和1000 kV 以上的高壓交流輸電線路都得到了較大的發(fā)展，但其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在超長(zhǎng)距離、大容量輸電方面。目前，國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的主網(wǎng)架仍主要是由500 kV 電壓等級(jí)的高壓交流輸電線路組成的，±500 kV 高壓直流輸電線路則正在逐漸成為區(qū)域間較長(zhǎng)距離送電網(wǎng)的重要組成部分。因此，本文選擇常見的500 kV 電壓等級(jí)的交流架空輸電線路與同樣電壓等級(jí)的±500 kV 直流架空輸電線路進(jìn)行交流、直流線路電場(chǎng)環(huán)境影響的分析和比較。

1 交流、直流線路下方環(huán)境電場(chǎng)的區(qū)別

直流輸電線路和交流輸電線路在空間形成的電場(chǎng)分布具有各自不同的特點(diǎn)。交流輸電線路導(dǎo)線發(fā)生電暈時(shí)，由于交流電壓隨時(shí)間作周期性變化，對(duì)應(yīng)電壓上半個(gè)周期因電暈放電產(chǎn)生的離子，在下半個(gè)周期因電壓極性改變，又幾乎全被拉回導(dǎo)線，帶電離子只在導(dǎo)線周圍很小的區(qū)域內(nèi)作往返運(yùn)動(dòng)，在相導(dǎo)線之間和相導(dǎo)線與大地之間的廣大空間不存在帶電離子［1］。因此，交流輸電線路周圍只會(huì)產(chǎn)生相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)水平較低、僅由導(dǎo)線本身產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)。

高壓直流輸電線路在正常運(yùn)行時(shí)，同樣會(huì)有一定程度的電暈放電現(xiàn)象。直流輸電線路兩極導(dǎo)線之間、極導(dǎo)線與大地之間充滿的離子電荷在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)形成離子流，使導(dǎo)線周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度增大。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:導(dǎo)線上離子電荷直接產(chǎn)生的電場(chǎng)稱為標(biāo)稱電場(chǎng)或靜電場(chǎng);空間離子電荷在電場(chǎng)的作用下做定向運(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)(標(biāo)稱電場(chǎng))疊加形成合成電場(chǎng)，成為直流輸電工程項(xiàng)目的關(guān)鍵性電磁環(huán)境影響因子。

2 交流、直流線路環(huán)境電場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法及場(chǎng)強(qiáng)限值比較

目前，我國(guó)交流和直流輸電線路環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)規(guī)范，主要有《高壓交流架空送電線路、變電站工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)測(cè)量方法》(DL/T 988－2005)和《直流換流站與線路合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度測(cè)量方法》(DL/T 1089－2008)。

《高壓交流架空送電線路、變電站工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)測(cè)量方法》適用于“所有電壓等級(jí)的交流高壓送電線路和變電站”，并對(duì)交流架空送電線路項(xiàng)目工頻電場(chǎng)測(cè)量作了明確的規(guī)定;而《直流換流站與線路合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度測(cè)量方法》則適用于±800 kV 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)境監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)上的參考和依據(jù)，并對(duì)直流輸變電項(xiàng)目合成場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法作了明確的規(guī)定。

在場(chǎng)強(qiáng)水平控制和管理方面，交流輸電線路電場(chǎng)環(huán)境管理主要的依據(jù)是《500 kV 超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 24－1998)，其目的在于指導(dǎo)500 kV 超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響報(bào)告書的編寫，目前也是我國(guó)對(duì)高壓交流輸電線路項(xiàng)目進(jìn)行竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的主要參考依據(jù)之一。

而直流輸電線路電場(chǎng)環(huán)境管理主要的依據(jù)則是《±800 kV 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。

通過對(duì)上述兩種不同類型輸電線路對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容進(jìn)行比較后可以發(fā)現(xiàn)，除了在工頻電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量時(shí)均需要控制人員和周圍環(huán)境中的固定物體與測(cè)量?jī)x器的距離足夠大，以防止造成大的電場(chǎng)畸變而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確之外，高壓直流架空輸電線路地面合成電場(chǎng)強(qiáng)度和高壓交流架空輸電線路工頻電場(chǎng)強(qiáng)度在測(cè)量方法和限值要求等方面，均有著較為明顯的不同之處:

(1)監(jiān)測(cè)內(nèi)容不同。對(duì)高壓直流架空輸電線路而言，其對(duì)環(huán)境造成的電磁影響中離子流場(chǎng)部分在電場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中有著強(qiáng)烈的體現(xiàn)，實(shí)際要求測(cè)量的為地面合成場(chǎng)強(qiáng);而高壓交流架空輸電線路而言，則空間電荷被交變的電場(chǎng)束縛在導(dǎo)線附近，對(duì)于離導(dǎo)線較遠(yuǎn)的區(qū)域基本上沒有影響，因此實(shí)際監(jiān)測(cè)的是線路本身直接在周圍空間形成的電場(chǎng)強(qiáng)度，且監(jiān)測(cè)高度建議為距地1.5 m。

(2)測(cè)量?jī)x器不同。在測(cè)量?jī)x器方面，兩者因測(cè)量的對(duì)象不同，使用的測(cè)量?jī)x器必然不相同，但與工頻電場(chǎng)測(cè)量?jī)x器所不同的重點(diǎn)在于，對(duì)直流合成場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量?jī)x器設(shè)備要求中，標(biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào)了“具有自動(dòng)記錄功能”，以滿足高壓直流架空輸電線路地面合成場(chǎng)強(qiáng)連續(xù)測(cè)量和較大數(shù)據(jù)采集量的需要。

(3)天氣條件要求不同。高壓交流架空輸電線路周圍工頻電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量時(shí)，主要考慮避免通過測(cè)量?jī)x表的支架泄漏電流而造成測(cè)量結(jié)果的不準(zhǔn)確，因此在天氣條件方面提出環(huán)境濕度應(yīng)在80%以下的要求;而高壓直流架空輸電線路地面合成場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量受風(fēng)速的影響較大，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測(cè)量應(yīng)在風(fēng)速小于2 m/s 時(shí)進(jìn)行，但實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)即使風(fēng)速僅為1 m/s 左右，也會(huì)在一定程度上造成合成電場(chǎng)分布發(fā)生畸變，因此較為理想的狀態(tài)是盡可能選擇在無(wú)風(fēng)或微風(fēng)期間，使用多個(gè)合成電場(chǎng)檢測(cè)探頭同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

(4)數(shù)據(jù)處理方式不同。因高壓直流架空輸電線路地面合成場(chǎng)強(qiáng)的連續(xù)測(cè)量中，測(cè)量數(shù)據(jù)分散性較大，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，不僅要求每個(gè)測(cè)點(diǎn)每次測(cè)量數(shù)據(jù)不少于100 個(gè)，而且規(guī)定了其數(shù)據(jù)處理采用的是累計(jì)概率的方法進(jìn)行;而高壓交流架空輸電線路電場(chǎng)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)則采用的是多次測(cè)量求平均值法，在空間電場(chǎng)穩(wěn)定的情況下，同一個(gè)測(cè)點(diǎn)讀取5 個(gè)數(shù)據(jù)已能滿足需要。

(5)場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)限值不同。輸電線路途經(jīng)的居民區(qū)或住宅民房附近時(shí)，對(duì)交流輸電線路國(guó)家推薦的是暫以4 kV/m 作為居民區(qū)工頻電場(chǎng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)直流輸電線路，由于采用的是累計(jì)概率的數(shù)據(jù)處理方法，因此不僅有25 kV/m 的限值，而且規(guī)定80%的測(cè)量值不得超過15 kV/m(此值一般被作為直流輸電線路穿越居民區(qū)時(shí)的實(shí)際控制限值)。從兩者的限值標(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)高于交流輸電線路下方的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度推薦值，即使按照80%的測(cè)量值限值來(lái)看，也已達(dá)到了工頻電場(chǎng)強(qiáng)度4kV/m 推薦限值的近4 倍。

3 交、直流線路工頻電場(chǎng)強(qiáng)度分布模擬對(duì)比

設(shè)定500 kV 交流架空輸電線路按單回三相水平形式布置，±500 kV 直流架空輸電線路按雙極水平形式布置，交流、直流鐵塔均懸掛四分裂或六分裂導(dǎo)線。500 kV 單回交流線路和±500 kV 雙極直流線路桿塔型式示意圖見圖1。

圖1 交流、直流桿塔型式示意

500 kV 單回交流線路和±500 kV 雙極直流線路基本參數(shù)見表1。

表1 基本參數(shù)

圖2是給定參數(shù)條件下，500 kV 單回交流輸電線路和±500 kV 雙極直流輸電線路下方電場(chǎng)強(qiáng)度分布的模擬曲線示意。

圖2 交流、直流線路電場(chǎng)強(qiáng)度分布模擬示意

從圖中可以較為直觀的看出，同為500kV 電壓等級(jí)的交流、直流高壓輸電線路，兩者下方環(huán)境電場(chǎng)水平分布情況明顯不同，具有各自鮮明的特點(diǎn):

(1)高壓直流輸電線路下方標(biāo)稱電場(chǎng)和合成電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)峰值均遠(yuǎn)大于高壓交流輸電線路下方工頻電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)峰值。計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示，在本文給定的條件下，直流輸電線路下方合成場(chǎng)強(qiáng)峰值雖未超過最大合成場(chǎng)強(qiáng)30 kV/m 的限值，但均超過普遍認(rèn)可的穿越居民區(qū)時(shí)的合成場(chǎng)強(qiáng)控制要求。

(2)對(duì)于上述相導(dǎo)線(或極導(dǎo)線)成水平方式布置的高壓交流(或直流)輸電線路，其下方環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度峰值均出現(xiàn)在邊相導(dǎo)線(或極導(dǎo)線)外側(cè)的附近，而在出現(xiàn)兩個(gè)峰值之間的走廊范圍內(nèi)，局部區(qū)域會(huì)形成一個(gè)非常明顯的場(chǎng)強(qiáng)極小區(qū)。尤其是對(duì)直流輸電線路而言，因正負(fù)離子抵消作用，理論上會(huì)在中心線處出現(xiàn)0 場(chǎng)強(qiáng)的點(diǎn)。

(3)從使用4 分裂和6 分裂導(dǎo)線情況來(lái)看，在子導(dǎo)線截面一定的條件下，增加分裂導(dǎo)線數(shù)目會(huì)使得高壓交流輸電線路下方的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和高壓直流輸電線路下方的標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)水平提高，場(chǎng)強(qiáng)峰值分別增大了約12.6%和11.7%，但卻使得高壓直流輸電線路下方合成電場(chǎng)強(qiáng)度峰值降低了約11.5%。因此，可將適當(dāng)增加導(dǎo)線分裂數(shù)作為控制高壓直流輸電線路下方合成電場(chǎng)水平的有效措施;而對(duì)高壓交流輸電線路而言，導(dǎo)線分裂數(shù)則不宜過多，以防導(dǎo)致線路下方環(huán)境工頻電場(chǎng)水平過大。

4 減弱高壓輸電線路電場(chǎng)環(huán)境影響的措施

目前在進(jìn)行高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)中，主要且被普遍采用的是提高導(dǎo)線對(duì)地高度的方法，來(lái)降低線下及周圍空間的場(chǎng)強(qiáng)，以實(shí)現(xiàn)在一定程度上減弱高壓輸電線路下方空間電場(chǎng)對(duì)周圍環(huán)境及敏感目標(biāo)的影響。對(duì)于架空輸電線路穿越居民住宅區(qū)或人群活動(dòng)頻繁、居留密集的環(huán)境敏感區(qū)域時(shí)，需要將線下環(huán)境中的場(chǎng)強(qiáng)值控制在一個(gè)較低的水平。此時(shí)，當(dāng)導(dǎo)線架設(shè)高度超過一定高度后，再單純的依靠進(jìn)一步提高導(dǎo)線架設(shè)高度來(lái)實(shí)現(xiàn)減小場(chǎng)強(qiáng)影響，將會(huì)帶來(lái)某些技術(shù)上的困難，同時(shí)還會(huì)使得經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益造成較大的沖突。

從國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來(lái)看，針對(duì)高壓交流架空輸電線路電磁環(huán)境影響控制方面的研究遠(yuǎn)較高壓直流輸電線路深入和廣泛。對(duì)于高壓交流架空輸電線路而言，不同國(guó)家通常會(huì)根據(jù)自身的實(shí)際情況，采取不同的方法來(lái)控制其對(duì)公眾的影響。美國(guó)采取征購(gòu)線路走廊和限制走廊內(nèi)及走廊邊緣工頻電場(chǎng)的辦法，前蘇聯(lián)則在線下一定范圍內(nèi)限制人員進(jìn)入線路走廊，日本采取的是大幅抬高相導(dǎo)線對(duì)地距離的辦法［2］。我國(guó)受國(guó)內(nèi)電力通道沿途地形復(fù)雜，可用土地資源稀少，耕地受到嚴(yán)格保護(hù)，輸電線路走廊拆遷費(fèi)用極高，而大量輸電線路進(jìn)入城鎮(zhèn)區(qū)域后又不得不途經(jīng)人群密集區(qū)域等因素的影響和制約，國(guó)外采取的很多辦法并不適合直接應(yīng)用于我國(guó)高壓交流輸電線路運(yùn)行期間的電磁場(chǎng)強(qiáng)水平控制和環(huán)境保護(hù)。

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者在對(duì)500 kV 以及更高電壓等級(jí)的交流架空輸電線路電磁環(huán)境影響進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一些有效解決方案，包括選擇合適的相導(dǎo)線布置、調(diào)整相間距和分裂間距、在線路走廊與房屋之間區(qū)域種植適當(dāng)高度的樹木等［2－8］等，適用于控制高壓交流架空輸電線路下方工頻電場(chǎng)強(qiáng)度。

而對(duì)高壓直流架空輸電線路而言，國(guó)外科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)做了一定數(shù)量高壓直流輸電方面的相關(guān)理論研究，且認(rèn)為采用這一電壓等級(jí)的直流輸電是可行的，但仍認(rèn)為還需進(jìn)一步的研究和環(huán)境及生態(tài)影響方面的長(zhǎng)期調(diào)查。美國(guó)以及歐洲的部分國(guó)家在交流特高壓和±500 kV、±800 kV 及其以上電壓等級(jí)直流輸電方面的基礎(chǔ)研究也已取得許多成果，但對(duì)該類項(xiàng)目環(huán)境影響問題方面，各國(guó)目前都還尚處于有待進(jìn)一步深入研究的階段［9－11］。

目前，要減小高壓直流架空輸電線路下方電場(chǎng)水平，仍以適當(dāng)降低直流輸電線路電壓等級(jí)、增加導(dǎo)線對(duì)地高度最為直接有效。另外，通過增加高壓直流輸電線路分裂導(dǎo)線數(shù)目等可增加導(dǎo)線總表面積的方法，也能夠在一定程度上降低高壓直流輸電線路下方合成電場(chǎng)水平，在目前標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直流輸電線路以合成電場(chǎng)進(jìn)行限值管理的情況下，可作為控制直流線路周圍電磁環(huán)境的有效措施之一;而通過調(diào)節(jié)極導(dǎo)線水平間距和分裂導(dǎo)線分裂間距等方法對(duì)直流輸電線路下方合成場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行控制時(shí)，一方面效果并不明顯，另一方面還會(huì)受到較多其他因素的制約，一般在實(shí)際工程中較少使用。

從我國(guó)高壓直流輸電技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀來(lái)看，一方面，當(dāng)前直流輸電科研和建設(shè)單位本身積累的經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，更多的是在實(shí)際設(shè)計(jì)和建設(shè)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題;另一方面，我國(guó)目前對(duì)直流輸電的研究重點(diǎn)仍放在設(shè)備和技術(shù)的改進(jìn)上，對(duì)其可能造成的環(huán)境影響問題關(guān)注偏少。因此，為了實(shí)現(xiàn)高壓直流輸電經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的優(yōu)化，控制高壓直流架空輸電線路下方地面合成場(chǎng)強(qiáng)水平，確保不會(huì)對(duì)公眾造成超過標(biāo)準(zhǔn)限值的電磁環(huán)境影響，建議從其建設(shè)初期進(jìn)行源頭控制。設(shè)計(jì)單位應(yīng)謹(jǐn)慎考慮、優(yōu)化設(shè)計(jì)高壓直流輸變電類工程項(xiàng)目。由于特高壓直流輸送容量更大、電壓等級(jí)更高，需考慮的因素更復(fù)雜，尤其是對(duì)環(huán)境的影響更是多方面和長(zhǎng)期性的。對(duì)于超長(zhǎng)距離、超高電壓等級(jí)的直流輸電線路走廊，應(yīng)在其選址階段加強(qiáng)科學(xué)評(píng)估，對(duì)線路路徑選擇以及系統(tǒng)方案比較等主要技術(shù)原則應(yīng)進(jìn)行充分論證，優(yōu)化線路走向，減少穿越居民密集區(qū)域，嚴(yán)格控制線路走廊外居民住宅或長(zhǎng)期有人居留建筑與線路的直線距離，為規(guī)劃部門實(shí)現(xiàn)科學(xué)、合理規(guī)劃提供可靠的決策依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，500 kV 高壓交流輸電線路已在城市區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)中廣泛采用和建設(shè)、運(yùn)行;而新興的±500 kV 高壓直流輸電線路在跨省的區(qū)域間長(zhǎng)距離送電網(wǎng)建設(shè)中也已開始形成一定的規(guī)模?，F(xiàn)有研究表明，對(duì)高壓直流輸電線路和交流輸電線路，仍以適當(dāng)降低運(yùn)行電壓等級(jí)、增加導(dǎo)線對(duì)地高度是最為有效的控制線路下方環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度的方式。當(dāng)前針對(duì)高壓交流輸電線路的研究已較為成熟和深入，研究人員已總結(jié)出一系列具有較強(qiáng)針對(duì)性且適合我國(guó)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，適用于控制線路下方環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度的有效解決方案。相對(duì)而言，高壓直流輸電線路研究積累的經(jīng)驗(yàn)則較少，更多的是在實(shí)際設(shè)計(jì)和建設(shè)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，因此，在平衡高壓直流輸電經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙優(yōu)化的基礎(chǔ)上加強(qiáng)源頭控制對(duì)其具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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