±800 kV直流输电并行线路电场环境影响分析

张延辉，张 健，王笑竹

(中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司， 长春 130021)

特高压直流输电用于电力系统非同步联网，其中±800 kV直流输电技术已成功应用在西电东送规划中。作为“十二五”云南电力外送工程中的重要部分，糯扎渡送电广东±800 kV 直流输电工程(简称普侨线)符合国家能源战略，从而落实国家“西部大开发”战略、实现南方电网西电东送总体规划目标。普侨线直流输电工程在运行过程对周围电场环境的影响，表现在线路周围合成电场强度指标值增高，在输电走廊中多条直流输电线路并行情况下，会产生合成电场强度偏大的叠加效应。根据HJ 24—2014《环境影响评价技术导则-输变电工程》提供的计算模型预测普侨线与其他运行±800 kV直流线路并行产生的叠加合成电场强度值，通过竣工环保验收实测数据进行检验，验证预测模式的准确度。

1 ±800 kV直流输电线路运行产生的电场环境影响

直流输电线路运行会使电场环境产生变化，主要为直流带电导体上电荷产生的电场和导体电晕引起的空间电荷合成后的电场。当直流输电线路导线表面电场强度大于起始电晕电场强度时，靠近导线表面的空气发生电离，电离产生的空间电荷将沿电力线方向运动。以双极直流线路为例，不考虑外界气象等条件，此时整个空间大致可分为三个区域：正极导线与地面间(区域)充满正离子，负极导线与地面间(区域)充满负离子，正负极导线间正负离子同时存在。这些空间电荷将造成直流输电线路所特有的一些效应。空间电荷本身产生的电场将大大加强由导线电荷产生的电场；空间电荷在电场作用下的运动，形成离子电流。空间电荷合成后的电场是直流线路对地面合成电场强度的主要贡献。

在±800 kV直流输电线路极导线两侧50 m带状区域电场环境影响评价范围内住宅、学校、医院、办公楼、工厂等有公众居住、工作或学习的建筑物，属环境敏感目标。根据DL/T 1088-2008《±800 kV特高压直流线路电场环境参数限值》，输电线路在临近环境敏感目标合成电场强度控制指标：最大值25 kV/m，同时应满足80%测量值不超过15 kV/m。在±800 kV特高压直流线路设计、环评时合成电场强度均应满足标准要求。

2 直流输电线路环境影响的预测模型及影响因子

根据HJ 24-2014 ，决定直流输电线路环境影响的重要参数是离子流密度和由导线上电荷、空间电荷共同产生的合成电场强度。导则推荐采用解析计算办法，采用Deutsch假设，认为空间电荷不影响场的方向，仅影响其大小。

空间电荷只影响电场强度幅值而不影响其方向，即Deutcsh假设。

Es=AE

(1)

式中：Es为空间电荷存在时地面合成电场强度；E为电场强度；A为标量函数。

电晕后导线表面电位保持在起晕电压值V0，当导线对地电位为V时，导线表面的A值为Ae，则:

Ae=V0/V

(2)

采用逐步镜象法或模拟电荷法，沿无空间电荷电场强度的电力线计算无空间电荷下电场强度E。

(3)

(4)

式中：ρe为导线表面电荷密度，可用弦截迭代法求出；ρm为导线表面平均电荷密度，为弦截迭代法ρe的初值；φ为无空间电荷时空间某点的电位；ε0为介电常数；η为积分变量。

根据环评预测模式中影响因子分析，由于预测模式中主要以理想状态下进行的因子计算，而实际情况下起晕电场强度与分裂导线间距和根数、导线表面状况、湿度的分布都对地面合成电场有影响。其中在分裂导线间距和根数一致情况下，随导线粗糙度大而增大、随湿度增大而减小。

3 特高压直流线路并行情况合成电场强度预测结果

3.1 模式预测计算参数

普侨线直流输电线路与±800 kV云广线并行预测参数见表1。

表1 普侨线与云广线路并行时预测参数

3.2 模式预测计算结果

普侨线与云广线并行时地面合成电场强度预测结果见图1。

图1 合成电场强度分布

预测计算结果显示：普侨线与云广线路并行经过环境敏感目标区域时(线高21 m)，随着由外向内靠近普侨线线路，地面合成电场强度逐渐升高， -80 m 时为-0.41 kV/m，至-58 m(普侨线外侧极导线外7 m)时达到-5.96 kV/m，说明普侨线外侧极导线7 m 外电场强度均能够满足标准；然后地面合成电场强度逐渐升高，至-29 m(普侨线内侧极导线下)处为-18.38 kV/m；至-22 m(普侨线内侧极导线外7 m)处为-21.63 kV/m；至-8 m 处(普侨线内侧极导线外21 m)为-15 kV/m。超过15 kV/m 标准的区段为普侨线内侧极导线外21 m 区域。上述分析结果可知，两回线路外侧极线7 m 外的地面处合成电场强度均小于15 kV/m，满足居民区标准限值要求；但两回线路内侧地面合成电场强度出现超过标准区域，超过标准区域为两回线路内侧极导线外21 m 以内区域，即说明普侨线线路与云广线并行段外侧地面合成电场强度存在一定的削减作用。

4 特高压直流线路竣工环保验收实测结果

根据文献[1]中对普侨线运行期与云广直流线路并行段(中心线最近距离80 m处)合成电场强度监测数据见图2。普侨线自运行以来，极1、极2电压均达到800 kV设计要求，且主体工程运行稳定、环境保护设施运行正常，满足监测工况要求。

图2 合成电场强度监测值数据

5 环境评价预测与实测值分析

5.1 环境评价预测与实测值规律性分析

根据图1与图2数据对比，普侨线与云广直流线路并行行期间地面合成电场强度实测值与环境评价(下文简称环评)预测值的运行规律是一致的，即普侨线与云广直流线路并行外侧合成电场强度均低于15 kV/m，满足居民区标准限值要求；并行线路内侧，随着由外向内靠近普侨线线路，地面合成电场强度逐渐升高，超过15 kV/m标准的区段为并行线路内侧导线范围内。

5.2 环境评价预测与实测差异性的影响分析

a.影响程度差异性。根据对普侨线地面合成电场强度值的实测，发现监测最大值低于环评预测值。其中环评预测地面合成电场强度最大值22.15 kV/m，实测地面合成电场强度15.7 kV/m。

b.影响范围差异性。环评预测地面合成电场强度最大值位于距两回±800 kV直流线路中心线的水平距离20 m处，即距普侨线内侧边导线外9 m处。实测地地面合成电场强度最大值位于距两回±800 kV直流线路中心线的水平距离24 m处，即距普侨线内侧边导线外5 m处。

c.影响因素分析。直流线路实行运行产生的地面合成电场强度值，主要受电压等级、导线粗糙度、湿度等因素影响。在±800 kV电压等级条件下，由于普侨线监测时段为普侨线线路运行初期，导线表面较光滑，减少电晕产生；同时，监测时段为9月份，监测点位位于广西南宁市区域湿度大，对地面合成电场强度有减少影响。故普侨线地面合成电场强度值实际监测值低于环评预测值。

6 结束语

在直流线路并行走廊中，在直流线路中心线最小间距80 m情况下，外侧合成电场强度均低于15 kV/m，满足居民区标准限值要求；并行线路内侧，随着由外向内靠近普侨线线路，地面合成电场强度逐渐升高，超过15 kV/m标准的区段为并行线路内侧导线范围内。

直流输电线路运行产生会合成电场强度，主要为直流带电导体上电荷产生的电场和导体电晕引起的空间电荷合成后的电场即起晕电场强度。其中起晕电场强度对合成电场强度起较大贡献，起晕电场强度与分裂导线间距和根数、导线表面状况、湿度影响关系较大。在分裂导线间距和根数一致情况下，随导线粗糙度大而增大、随湿度增大而减小。

在实际输电线路设计中，由于并行段存在合成电场强度值有超过DL/T 1088—2008中输电线路在临近环境敏感目标合成电场强度控制指标：80%测量值15 kV/m的可能性，在直流线路并行走廊段应避免有民居房屋存在，在选择线路路径时应予以重视，避免发生对沿线民众产生影响的事件。

根据普侨线实测结果，并行线路外侧全合成电场强度低于并行线路内侧合成电场强度。说明直流线路并行情况下由于电磁叠加效应内侧区域合成电场强度增强，外侧线路区域受叠加效应不明显，故外侧区域合成电场强度值可以代表直流线路单条线路电磁影响程度，据此可说明直流线路并行情况下对周围电磁环境的影响程度大于单条线路。