摘要:采用更高電壓等級以提高輸電的經濟性,是西電東送面臨的重要課題。輸電工程的電磁環境與民眾健康和工程造價密切相關,是提高輸電電壓時必須考慮的重大技術問題。文章對國內外交流特高壓和直流±600kV及以上電壓等級輸電所涉及的無線電干擾、可聽噪聲、工頻電場、工頻磁場、直流合成場強和離子流的研究進行了分析;提出了電磁環境有關量的限值建議;給出了改善電磁環境的方法措施;提出了需進一步研究和解決的問題。
關鍵詞:電磁環境;輸電;直流;特高壓
1引言
在未來20年,我國將繼續開發西南水電和西北火電,逐步實施西電東送、南北互供和全國聯網。采用更高電壓等級輸電,提高輸電的經濟性是我國電力行業面臨的重要課題。隨著全球經濟的不斷發展和民眾環境意識的增強,輸電工程的電磁環境影響越來越受到人們的關注,受到環保的嚴厲制約,電磁環境成為決定輸電線路結構,影響建設費用等的重要因素。為妥善解決好特高壓輸電線路的電磁環境問題,美國、前蘇聯、意大利、日本和巴西等國在采用新的電壓等級之前,均先建立相應的試驗基地,進行大量的試驗研究,以期獲得公眾所能接受而經濟上又是合理的輸電線路設計。
輸電工程的電磁環境主要包括電場效應、無線電干擾和可聽噪聲等幾方面內容,它們是輸電工程設計、建設和運行中必需考慮的重大技術問題。
2交流特高壓和直流±600kV及其以上電壓等級輸電電磁環境的發展概況
為了滿足長距離大容量輸電和聯網的需要,六十年代中期,國際上開始了交流特高壓(1000kV及以上)輸電技術的研究,并已經取得了很大進展。迄今為止,美國、前蘇聯、日本、意大利、巴西、加拿大、印度等國都進行了交流特高壓輸電的研究。一些國家的交流特高壓輸電技術已經過試驗室階段而進入了工業性試驗階段。
美國是研究特高壓輸電最早的國家,在特高壓輸電技術的前期研究中,建成了特高壓輸電的試驗室和試驗場,對可聽噪聲、無線電和電視干擾、工頻電場效應等問題做了較為系統的研究,已取得了大量成果。前蘇聯已建成了1936km的1150kV輸電線路,在實施研究的過程中對線路的環境影響進行了深入的研究。日本對環境十分重視,在1000kV輸電線路建設前,成立了特高壓輸電研究促進委員會。委員會下設了幾個專委會,其中就有環境分會。意大利電力公司在1976年完成了1000kV試驗線路,對可聽噪聲、無線電和電視干擾、工頻電場效應等環境影響問題也都做了研究。
1963~1968年及1971~1975年,美國邦納維爾電力局(BPA)和美國電力科學研究院(EPRI)先后對±600kV直流輸電線路的電磁環境進行過詳細的試驗研究,通過已建成線路的運行經驗,說明±600kV直流輸電線路的有關技術問題已基本過關。對±600kV~±1200kV直流輸電線路的電磁環境,美國EPRI曾委托魁北克水電研究院(IREQ)進行了研究,結果表明,設計特高壓直流線路在技術上是可行的。目前世界上實際運行的直流工程的最高電壓等級是±600kV,即巴西的伊泰普直流工程。國際大電網委員會(CIGRE)與美國電氣工程師學會(IEEE)做了關于±800kV,±1000kV和±1200kV等較高電壓等級高壓直流輸電全面研究,認為采用這一電壓等級的直流輸電是可行的,但是還需要進行進一步的研發工作。
總地來說,美國、前蘇聯、意大利等國在交流特高壓和±600kV及其以上電壓等級直流輸電方面的基礎研究已取得許多成果,目前各國都在深入研究其環境影響問題。
3交流特高壓和直流±600kV及其以上電壓等級輸電電磁環境的研究進展
3.1交流特高壓輸電線路
3.1.1可聽噪聲
從建設、設計和運行經驗來看,750kV及其以下線路的無線電干擾是線路設計的控制條件,線路設計滿足無線電干擾限值要求后,可聽噪聲自然滿足。對特高壓線路來講,可聽噪聲將很有可能是線路設計的控制條件。
可聽噪聲的研究成果相當可觀:根據試驗結果總結出了解析計算經驗公式,并給出了降低可聽噪聲的解決方案,包括采取非對稱多分裂導體或在導線下部裝設附加子導線、對子導體的絕緣表皮進行老化處理和采用不影響導體散熱的憎水涂料等。
各國的研究結果都表明,只要合理設計,交流特高壓輸電線路的可聽噪聲可以達到與超高壓輸電線路的可聽噪聲相當的水平。
至于交流特高壓線路可聽噪聲的限值標準,到目前為止各國并未正式制訂,IEC和一些開展這方面研究較早的國家如美國、日本、意大利和前蘇聯等都提出了自己的限制值。其中美國根據公眾對送電線路可聽噪聲的反映提出了一般準則(Perry準則):認為離線路中心線30m處,52.5dB(A)以下基本無投訴,52.5~59dB(A)范圍內有少量投訴,59dB(A)以上有大量投訴。
3.1.2無線電干擾
無線電干擾研究也有了很大進展,CISPR(國際無線電干擾特別委員會)推薦了特高壓輸電工程的無線電干擾的激發函數,給出了計算特高壓輸電線路的無線電干擾水平的經驗計算公式,并根據無線電臺的性質和種類給出了相應距離保護方案和限制無線電干擾的措施等。在綜合考慮特高壓輸電線路建設中的各種因素和投資費用下,適當增加分裂數、增加相間距、減少導線截面可減少無線電干擾的影響;在某些場合還可適當調整無線電干擾限值。
美國、日本、加拿大、意大利和前蘇聯等國的研究結果都表明:交流特高壓輸電線路的無線電干擾限制指標或預期的干擾水平可以達到與超高壓線路的干擾指標相當。
在無線電干擾的限值方面,美國提出在設計1500kV線路時將線路走廊的無線電干擾水平限制在58dB(1MHz),前蘇聯在設計1200kV線路時采用CISPR推薦的限值:距邊相20m處的晴天干擾水平為58dB(0.5MHz)。