特高压输电对环境影响的讨论
[摘 要] 特高压输电与较低电压输电相比有许多优点,我国采用特高压输电是必然的趋势。
但是,特高压输电产生的强电场、电晕放电和可听噪声等,会引起一系列环境问题。
因此,要加强特高压输电技术的研究。
只要合理选择分裂子导线的半径和根数,以及分裂间距和离地高度,特高压输电的各种影响均可限制在允许范围内。
[关键词] 特高压输电 强电场 电晕放电 无线电干扰
世界各发达国家从上个世纪60年代开始研究特高压输电技术,前苏联于1985年建成了1150kV线路,日本于1988年开始建1000kV线路,美国电力公司(AEP)在765kV基础上研究1500kV特高压输电技术。
我国起步比较晚,但发展很快,已经建成多回500kV的超高压线路,西北750kV线路准备开工建设,更高电压等级的特高压输电是必然的趋势。
由于输电电压的提高,必然导致导线表面电场强度以及输电设备周围的空间电场强度较高,从而会因电晕现象和强电场效应引起一系列的环境问题!
1 采用特高压输电的优点
特高压输电与较低电压输电相比有许多优点:一是节约线路走廊和变电站占地面积,1200kV 和500kV的线路相比,前者的线路走廊和变电站面积分别只有后者的1/4~1/2和1/2,1200kV 按照环境要求的线路走廊宽度约为90m;二是减少线路的功率损耗,就我国而言,电压每提高1%,每年就相当于新增加500万kW的电力[1]
,500kV输电比1200kV的线损大5倍以上;三是有利于连网,简化网络结构,减少故障率;四是可以节约成本,1100kV输电线路的成本为500kV的0.6~0.7[2];五是可以限制短路电流;六是提高传输容量和传输距离,如表1所示,1回1150kV交流输电线路可代替6回500kV交流线路和2回500kV直流输电线路输电。
随着我国远距离、大容量输电、联网和节省线路走廊、解决短路电流等的需要,采用输电电压为1000,1100或1200kV的特高压输电是必然趋势。
特高压输电可根据需要中途落点向沿途地区供电,相比直流输电更灵活和多样。
采用特高压联接大区电网,错开高峰,互为备用,联网效益比直流输电更好。
2 特高压对输电对环境的影响
特高压输电产生的强电场造成对人生理和心理影响,电晕放电除损耗能量外,还引起如无线电、电视的干扰和可听噪声等一系列愈来愈为人们所关注的环境问题。
2.1 强电场对人的生理和心理影响
1972年,苏联关于超高压变电站工人反映电场对身体有影响的报告在大电网国际会议上发表后,引起了很大的波动,世界各国对此进行了大量的试验研究。
西班牙医生Fole在第二次国际电气危险防护会议上叙述了功能障碍的问题,报道8~9个变电站工人到500kV变电站工作后有头痛、嗜睡、恶心等症状[3]。
国内也做过大量的试验研究表明,工频高压电场有较明显的刺激作用,对机体存在不良影响,工作人员进入电场后头发竖立,头部紧缩。
动物试验还证明:一定场强的工频高压对机体除局部有刺激作用外,还有全身性影响,诸如琥珀酸氢酶、心血管系统的心肌细胞乳酸脱氢酶、心肌细胞膜三磷酸腺苷(ATP)酶和心电等的改变。
上面所说的是电场的长期影响,此外还有电场的短期影响。
处在特高压线下面或者附近的对地绝缘的导电体,因为导电体和导线间的相互部分电容以及导电体对地的自有部分电容的存在,当人接触此物体时,就会产生电击。
电击一般分为2种:暂态电击和稳态电击。
例如雨天打伞经过特高压线路下时,如果脸部或手靠近伞的金属部分就会有火花放电,这就是暂态电击。
关于稳态电击,据有关资料表明,平均感觉电流约为0.6mA(妇女)到1mA(男子)
2.2 电晕放电的影响
当输电线路表面电场强度超过空气分子的游离强度(一般为20~30kV/cm),就可听到刺刺!的放电声,嗅到臭氧的气味,夜间还可以看到导线周围发出的蓝紫色荧光,这就是电晕放电。
随着电压的升高,先出现起始电晕,然后是可见电晕,最后形成全面电晕。
电晕起始场强的计算可用皮克公式
[4
Ec=30.3δ(1+0.298／√δr)
式中
Ec：圆柱体导体的电晕起始场强,kV/cm;
R：导线的半径,cm;
δ：空气的相对密度,对于标准大气条件
和温度20℃,δ=1。
电晕损耗能量,电晕会使导线表面腐蚀,电晕放电产生的脉冲电磁波对无线电和高频通信都会产生干扰。
对于特高压输电线路(1000kV及以上),电晕是不可避免的,而且随电压等级的提高会越来越明显。
2.2.1 电晕放电对无线电的干扰
输电线路电晕放电是产生无线电干扰的根源,无线电干扰指在无线段频段可能对有用信号造成损害的电磁干扰。
输电线路电晕产生的脉冲电磁波沿着线路两侧横向传播,使沿线一定范围内的无线电接收设备,在正常工作时所接收的有用信号的波形幅值和相位受到影响,导致这些无线电接收设备达不到正常工作所需的信噪比。
输电线路无线电干扰主要是电晕放电、间隙放电(火花放电)等引起的。
电晕放电的单个脉冲很窄,脉冲宽度在0.1 s量级。
实际交流线路的电晕放电多发生在工频的正、负峰值附近,有一系列脉冲组成脉冲群,并且其波形也十分不规则。
脉冲群的持续时间为2~3ms。
这样一系列的脉冲,必然产生丰富的高频分量。
随着频率的提高,其频谱分量减少。
根据大量的测量结果统计出的输电线路电晕放电的频谱特性在0.15~4MHz频率范围,一般无线电噪声的频谱特性不受季节、时间、气候等条件的影响。
输电线路的电晕可产生被称为电磁干扰(EMI)的高频噪声。
研究表明,在数兆赫以上的频率点,电晕噪声电平显著降低。
输电线路电晕对无线电的干扰,主要是指对无线电接收机的中波段(535~1605kHz)内的干扰。
而在一般情况下,短波广播(3~30MHz)主要利用电离层对无线电波的一次或多次发射进行远距离无线电通讯或广播,输电线路对短波的干扰很小。
调频广播只能在超短波段(88~108MHz)上传播,在接收端接收机的限幅器能将由于干扰所引起的振幅变化削平,它抗干扰能力很强,不必考虑线路的影响。
研究表明,对调幅广播24dB的信噪比是可以接受的。
美国联邦通讯委员会(FCC)认为, 满意的运行情况!可容许的信噪比为24dB
无线电干扰程度与信号接收地点有很大关系。
特高压输电前期研究中关于无线电干扰的计算结果表明[5]
,距边导线投影20m处干扰与500kV线路的干扰水平相当,无线电干扰的限值可以确定在
55~58dB V/m。
输电线路对机场导航台、站的干扰影响,也属于无线电干扰的范畴。
从无线电干扰的机理分析,超短波定向台的使用频率较高,一般不易受到线路干扰的影响。
有关方面根据对中波导航台的地面测试和飞行检验,线路在距离700m时,对中波导航台基本不存在干扰
2.2.2 电晕放电对电视的干扰
输电线路对电视的干扰有2个方面:一是由于电晕放电产生的噪声对调幅图像的干扰引起图像质量的变差;二是由于线路杆塔对电视波的屏蔽和反射引起信号衰减及产生重影等不良后果。
电视伴音因为是调频制,有其固有的抗干扰特性,则不受影响。
输电线路对电视的干扰一般限于来自不良的绝缘子或金具上的火花放电。
因绝缘子瓷件断裂或破损造成的断续放电,各元件金属部分接触不良引起的放电,如导线悬挂金具的绞接处及绝缘子钢脚的球头与铁帽的球窝间,因锈蚀形成绝缘壁垒,它们在交变电压下发生连续式微电弧放电。
输电线路对电视接收产生屏蔽影响和引起重影,发生影响的范围变化很大,与电视波的入射角、线路的长度、导线粗细、导线根数、排列方式、地形以及入射波的强度等均有关系。
2.2.3 可听噪声对环境的影响
可听噪声是指导线周围空气电离放电时所产生的一种人耳能直接听得见的噪声,它是一种声频干扰。
这种噪声将使得特高压线路附近的居民以及在邻近线路工作的人们感觉到烦躁不安,严重时可以使人难以忍受。
可听噪声和无线电干扰一样,随着导线表面电场强度的增加而增大,但是随着距离的增加,可听噪声比无线电干扰衰减慢得多。
交流输电线路可听噪声有2个特征分量:一是宽频带噪声(破裂声、吱吱声或斯斯声);二是频率为100Hz(或120Hz)及其整数倍的纯声(哼声和嗡嗡声)。
宽频带噪声是由于导线表面在空气中的电晕放电产生杂乱无章的脉冲所造成的;交流纯声是由于导线周围空间电荷的来回运动使空气压力变换方向所致。
国外的研究表明,对1000kV及以上的特高压线路,可听噪声将成为很突出的矛盾,导线的最小截面往往需要按这个条件来决定。
3 结语
特高压输电是一项非常复杂的工程,相应技术指标还有待进一步完善。
在使用特高压输电时,一定要考虑特高压产生的强电场和电晕放电产生的高频电磁脉冲对人体健康以及生态环境的影响,对无线电和电视的干扰。
对特高压输电,各国的研究表明:只要合理选择分裂子导线的半径和根数,以及分裂间距和离地高度,这些影响和干扰均可限制在允许范围内。
4 参考文献
1 李建基.节电:始于电力设备.中国电力报.电气周刊,2003-12-04
2 谷定燮.我国发展特高压输电的前景.高电压技术,2002.28(3)
3 杨保初.特高压输电对环境及生态影响的浅见.高电压技术,
1995.21(4)
4 粟福珩.高压输电的环境保护.水利电力出版社,1988年8月
5 邬雄,等.特高压输电线路对环境影响的研究.电力部武汉高压研
究所研究报告,1995。