关于超高压直流输电线路相关的电场环境分析

【摘要】本文主要分析了超高压直流输电线路相关的电场环境中常见的一些问题和因素，阐述了在当前形势下，加强超高压直流输电线路电场环境研究的重要性。针对目前超高压直流输电线路中电场环境进行研究。笔者通过研究，总结和归纳自身多年的工作和实践经验，提出一些对电场环境多方面研究对策，希望通过本文的分析能帮助相关电场环境研究机构提供一些帮助，能更好的了解超高压直流输电线路相关的电场环境。

【关键词】超高压直流输电;电场环境;电场标准

输电线路运行时产生电磁波、无线电干扰和电晕噪声等环境问题，本文主要的研讨对象是电场环境问题。直流输电线路运行会改变周围的电场环境，由于电场不具备扩散性，因此对环境的污染比较小。但是直流输电线路运行后，空间环境中的电场强度会增加，导电电晕产生的空间电荷在电场力的作用下向极间区运移而形成的离子流并在人体沉积，因此会产生不良的环境和生物问题，输变电工程产生的环境问题以开始进入人们的视线。

一、直流输电线路的环境分析

（一）形成原因

高压直流输电线路在正常的情况下进行运行时，同样会出现一定程度上的电晕放电现象。而且导致导线周围的电场强度增大的主要原因是直流输电线路的两级导线之间、极导线和地面之间存在的离子电荷在电场的作用下进行移动产生离子流。因此，直流输电线路导线周围非电离区的空间电场由两部分产生：一是导线上离子电荷直接产生的电场，我们称之为标称电场或静电场。二是由于空间离子电荷在电场的作用下进行定向运动，形成离子流。离子流场与导线本身产生的静电场进行叠加而形成合成电场。

（二）电场监测方法及场强限值比较

我国对于直流输电线路环境电场强度监测规范主要有《直流换流站与线路合成场强、离子流密度測量方法》，主要用于±800kV及以下的换流站和直流输电线路的合成场强、离子流密度的测量，为直流输电环境提供了数据参考和依据。并对直流输电项目合成场强的测量仪器和方法做了明确的规定。对于直流输电线路电场环境管理，主要的依据是《±800kV特高压直流线路电磁环境参数限值》。从实际工作情况来看，针对±500 kV直流架空输电线路的电场环境一般会参考上述标准规定的穿越居民区的限值水平进行监督和管理。

输电线路途经的居民区或住宅附近时，直流输电线路采用的是累积概率的数据处理方法，因此不仅有25kV/m的限值，而且规定80%的测量值不得超过15kV/m。从限值标准来看，我国目前针对直流架空线路下方地面合成场强制定的限值标准值远高于工频电场强度推荐值。

直流输电线路环境问题可以分为两类：一类是短期的生物效应，主要涉及人体对电击和电场的直接感受以及电流对人体的影响的研究;另一类是电场的长期生物效应。

（三）输电线路对人体的影响研究

随着输电线路电压的提高导致电场强度增加，而这种增加对人体有无影响、影响有多大，是人们普遍关注的问题。国外对直流输电线路的生物影响进行了广泛的研究，但是得出的结论却是矛盾的。有些认为没有影响，另外一些则认为有很大的影响。而对于离子流电场的生物效应，还没有定论。

二、超高压单极、双极直流输电线路电场横向分布及衰减规律

超高压进行直流输电线路运行，由于导线表面的电场强度非常高以此产生电晕使电荷充满四周并影响电场的分布。我们首先要对导线的电晕机理进行说明。

（一）标称场、合成场强横向分布

超高压直流输电线路的电场由标称电场和电荷电场共同作用。因此，我们首先对标称场强的分布进行研究。对标称场强分布和衰减的影响主要有以下几个方面：

1.次导线半径的影响。次导线半径对标称场强横向分布影响很小，次导线半径增大，导线附近的标称场强略有增大。

2.次导线布置形式的影响。次导线布置形式对标称场稍有影响。

3.次导线分裂间距的影响。次导线随着运行电压的升高分裂间距对最大标称场强的影响略有增大。

4.导线高度的影响。导线高度对标称场强的影响非常明显，导线高度越低，标称场强受电压影响越显著。

（二）超高压单极直流输电线路电场横向分布及衰减规律

通过以上的研究我们可以看出，导线高度对电场强度的衰减有较大影响，衰减率随着导线高低而变化，而其他的则对电场的衰减影响较小。从工程角度来说，增大导线的半径提高导线起晕电压从而减小电晕损失，而增大导线高度可以减小导线电场强度的横向分布，从而减轻输电线路对环境的影响。

（三）超高压双极直流输电线路电场衰减规律

受导线电荷屏蔽效应的影响，单极导线的标称场强衰减率低于双极，而单极导线起晕电压较双极高，空间电荷的影响比较显著，所以合成场强的衰减率反而高于双极。因此，建议超高压直流输电线路地面最大合成场强标准限值为20KV/m。

三、超高压直流输电线路工频电场环境

超高压直流输电线路导线极性的变化，导线电晕电荷不会形成离子流电场。在进行超高压直流输电线路工频电场强度分布的研究时，通过对导线高度、次导线分裂间距、次导线布置形式、次导线半径等方面的分析，得到以下结果：

1.超高压直流输电线路的工频电场强度受导线高度的影响，导线越高，工频电场强度越小，反之，亦然。而且相间电压越高，导线高度对工频电场强度的影响越明显。

2.不同次导线布置形式下，相间电压越高，工频电场强度的影响越明显。

3.次导线半径和次导线分裂间距对工频电场强度影响不大，影响结果相同。

4.相间距对工频电场强度的影响也比较明显，相间距越大，工频电场强度越大。

因此，对于直流线路，减小电场影响主要可以从以下两个方面：一是增加导线高度;二是增大次导线半径以提高导线起晕电压。

四、超高压直流输电线路的运维管理策略和电场标准

（一）超高压直流输电线路运维管理策略

1.定期巡视检修策略

定期检修又被称作计划检修，主要是以时间为依据，对检修工作的内容和周期进行提前设定。定期检修在对重大机械设备的正常运行中起着重要作用。但是，这种模式也具有一定的局限性，只能按照预定的时间间隔对设备进行一定程度上的解体检修方式，而不能对设备的实际情况进行检修，因此，不但损失了设备有效利用时间，同时还会造成人力、物力的消耗和浪费，甚至还会引发维修故障。

2.状态巡视检修策略

状态巡视检修策略也被叫做预知性检修，主要以设备状态监测和故障诊断为基础、根据对设备状态监测和故障诊断为依据，进行检修。设备的日常检查、定期重点检查、在线状态监测和故障诊断所提供的数据信息，通过分析总结进而判断设备的运行状态和发展趋势进行相应的检修维护工作。但是这种方式，不仅安装监测设备造价高，而且对故障诊断技术要求较高。

（二）电场环境标准

高压电场的生物效应已经得到证实，但是直流输电线路的生物效应因为所研究的电场环境不同因此没有达到统一的认识。由于高压直流输电线路中的电场强度和离子流密度受电晕现象的影响一直存在着变化，并且输电线路中的导体可以使电场产生畸变引起屏蔽作用，因此并不能说明高压直流输电线路会对人体产生影响。

国内外文献中关于直流输电线路电场环境标注限值都不一样，根据我国的实际情况，加上高压直流输电线路的电场强度和离子流密度受电晕现象的影响不是一成不变的，所以本文仅推荐20KV/m为地面最大合成场强标准限值。

（三）减缓输电线路电场生物效应的工程措施

减缓输电线路电场生物效应的工程措施主要有：

1.增加建筑物与导线间的距离。

2.增加导线高度来达到减小电场强度的目的。

3.减小极间距使电场强度减小，增加次导线半径可以减小地面离子流密度，减轻电场的生物效应，调整次导线布置形式减小工频电场强度

（四）运行维护建议

1.在有特高压换流站相对集中的地区，建立就地维护中心，能够对大型设备进行就地维修和快速检修工作。

2.要提高运行维护管理，提高保护装置、回路的巡视检查工作，对于装置、回路受潮、破损等情况要有合理有效的保护措施，确保设备运行状态和运行环境良好的状态，规范装置检修管理技术和要求，实现对非电量保护装置检修标准化。

3.加快特高压换流变压器、平波电抗器等设备套管国产化进程，对于套管的选择，应尽量选择环氧树脂浸纸干式套管，而油浸纸套管则需要结合具体的机器进行使用。

五、进一步工作建议

直流输电线路是一项复杂系统，而直流的输电线路电场参数计算同样也是一个十分繁复的工作。杆塔附近的电场分布应建立相关的三维模型，能更好的加强和掌握对输电线路沿线的分布情况。而且本文研究的是正常情况下超高压直流输电线路的电场环境问题，还应加强对其他天气诸如暴雨、大风、雪天等状况下的风力、湿度等对直流输电线路电场分布及其周围的环境影响。

六、结束语

综上所述，通过本文的分析和研究，我们可以发现直流电场的应用和效应分析非常重要，超高压直流输电在经济效益方面优于大多种其他输电方式。由于输电线路电场生物效应的研究较少，本文分别分析了电场在各个方面的应用，分析归纳了电场的生物效应为超高压直流输电地面电场强度限值的确定提供依据。

笔者希望通过本文的分析研究，更多的专业人士能投入到该课题研究中，针对文章中存在的不足，指出指正意见，为提高我国超高压直流输电线路研究工作做出重要贡献。

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作者简介：朱云峰（1986—），男，吉林通化人，大学本科，中国南方电网超高压输电公司广州局助理工程师，研究方向：高电压技术。