李如振，郎需軍，姚元璽

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

隨著特高壓電網(wǎng)的建設(shè)上升到國家戰(zhàn)略層面，到2015年將建成華北、華東、華中（“三華”）特高壓電網(wǎng)，形成“三縱三橫一環(huán)網(wǎng)”。

在1 000 kV特高壓交流工程方面，錫盟、蒙西、張北、陜北能源基地通過3個縱向特高壓交流通道向“三華”送電，北部煤電、西南水電通過3個橫向特高壓交流通道向華北、華中和長三角特高壓環(huán)網(wǎng)送電。其中，三縱是：錫盟—南京、張北—南昌、陜北—長沙。 三橫是：蒙西—濰坊、晉中—徐州、雅安—皖南3個橫向輸電通道。此外，還建設(shè)淮南—南京—泰州—蘇州—上?！惚薄钅稀茨祥L三角特高壓雙環(huán)網(wǎng)。

其中三縱中的錫盟—南京、三橫中的蒙西—濰坊兩條1 000 kV交流特高壓輸電線路，將途徑山東，分別在1 000 kV濟南站和濰坊站落點。而錫盟—南京線路，設(shè)計階段準備工作已基本完畢，一經(jīng)核準即可具備開工建設(shè)條件。

1 000 kV錫盟—南京特高壓交流線路，自冀魯省界樂陵市漳衛(wèi)新河進入山東省境內(nèi)，自棗莊市臺兒莊區(qū)張山子鎮(zhèn)蘇魯省界出山東，途徑德州市的樂陵市、慶云縣；濱州市的陽信縣、惠民縣、鄒平市；濟南市的商河縣、濟陽縣、章丘市；萊蕪市的萊城區(qū)；泰安市的岱岳區(qū)、新泰市；濟寧市的泗水縣、鄒城市、微山縣；臨沂市的平邑縣，棗莊市山亭區(qū)、滕州市、薛城區(qū)、嶧城區(qū)、臺兒莊區(qū)，山東境內(nèi)線路全長432.6 km。

針對即將實施的途經(jīng)山東境內(nèi)的第一條1 000 kV錫盟—南京特高壓交流線路的電磁環(huán)境問題進行分析，在國家對環(huán)境保護日益重視和建設(shè)和諧社會的要求下，從前期設(shè)計角度，對特高壓輸電線路中的電磁環(huán)境要求及其控制下房屋拆遷范圍、對地距離等問題進行論證，并給出參考限值，以供施工、運行等部門參考。

1 概述

特高壓在采用長距離、大容量輸電時，能有效地節(jié)省線路走廊、改善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、減少輸電瓶頸和實現(xiàn)大范圍的資源優(yōu)化配置，經(jīng)濟和社會效益十分明顯。

與500 kV線路相比，1 000 kV特高壓輸電線路具有電壓等級高、導(dǎo)線大（截面大、多分裂）、鐵塔高、線路走廊寬等特點，其電磁環(huán)境與500 kV線路的情況有較大差別，由此帶來的生態(tài)環(huán)境影響將受到各方關(guān)注。因此必須對電磁環(huán)境進行研究，并采取措施加以限制，以使特高壓輸電線路的電磁環(huán)境水平滿足環(huán)保要求。

發(fā)展特高壓輸電以提高經(jīng)濟效益與保護生態(tài)環(huán)境是一對矛盾的統(tǒng)一體。研究社會公眾所能接受而經(jīng)濟上又合理的輸電線路，對發(fā)展特高壓輸電至關(guān)重要。

綜上所述，有必要結(jié)合山東境內(nèi)即將實施的交流特高壓工程，結(jié)合《1 000 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》國標送審稿的要求，明確給出特高壓輸電線路鄰近居民房屋時的距離要求，以消除居民的心理疑慮，使線路路徑選擇努力做到安全可靠、環(huán)境友好，經(jīng)濟合理。

2 電磁環(huán)境簡單介紹

交流輸電線路的電磁環(huán)境主要涉及工頻電場、工頻磁場、無線（電視）電干擾和可聽噪聲等問題。其中工頻電場由導(dǎo)線電壓產(chǎn)生；工頻磁場由流過導(dǎo)體的電流產(chǎn)生；無線電干擾和可聽噪聲均源于導(dǎo)線、金具設(shè)備的電暈放電和火花放電。

2.1 工頻電場

輸電線路的導(dǎo)線存在電壓，使導(dǎo)線與大地之間形成電場，距輸電線路導(dǎo)線越近電場強度越強，隨著與導(dǎo)線間距的增加，電場強度降低很快，在距地面2M以內(nèi)的空間，電場分布基本均勻。

位于工頻電場中的人體可能會受到以下影響：1）直接作用。通過線路與人體之間的電容耦合，在人體內(nèi)流過位移電流，其影響程度取決于位移電流的大小、人在電場停留的時間及頻度。2）沖擊電荷。積累在其他物體上的感應(yīng)電荷通過人體瞬間或間斷放電（暫態(tài)點擊），其影響程度取決于因放電而流經(jīng)人體的電荷。如，人體與地面接觸，同時觸摸與大地絕緣的其它大型物體；或者人體與地面絕緣，同時接觸接地金屬體、金屬結(jié)構(gòu)、建筑物或與大地絕緣的物體。3）穩(wěn)態(tài)電流。人接觸對地絕緣的大型物體時，線路與物體間的電容耦合電流通過人體入地，其影響程度取決于流經(jīng)人體的持續(xù)電流大小。

2.2 工頻磁場

輸電線路運行時，導(dǎo)線中的電流在周圍空間產(chǎn)生磁場。

位于工頻磁場中的人體會受到以下影響：1）磁場作用于人體而在其內(nèi)感應(yīng)電場和電流。2）人觸摸由于感性耦合造成的與人體存在電位差的金屬體，造成電擊等。

2.3 無線電干擾

由于高壓架空送電線的導(dǎo)線上沿線“均勻地”出現(xiàn)電暈放電和電流注入點，導(dǎo)線中形成一種脈沖重復(fù)率很高的“穩(wěn)態(tài)”電流，即無線電干擾場。

無線電（電視）干擾對環(huán)境的影響因素，主要考慮對線路附近居民無線電和電視接收質(zhì)量的影響，其量值水平還不至于產(chǎn)生生態(tài)影響。

2.4 可聽噪聲

可聽噪聲是指導(dǎo)線周圍空氣電暈放電時所產(chǎn)生的一種人耳能夠直接聽到的噪聲，它是一種聲頻干擾。隨著輸電電壓等級的不斷提高，特別是對于特高壓輸電線路，電暈放電產(chǎn)生的可聽噪聲，通常更令人煩躁和不安，嚴重時可使人們難以忍受。

可聽噪聲主要通過聽覺對人的生理和心理造成影響。

3 《1 000 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》國標送審稿對電磁環(huán)境和輸電線路鄰近居民房屋時的要求

3.1 無線電干擾要求

海拔500M及以下地區(qū)，1 000 kV架空輸電線路的無線電干擾限值，在距離邊相導(dǎo)線地面投影外側(cè)20M、對地2M高處，好天氣下頻率為0.5MHz時無線電干擾限值不大于55 dB（μV/m）。

對海拔超過500M的線路，其無線電干擾限值應(yīng)進行修正，修正因數(shù)為：以500M為基準，海拔每增加300M，無線電干擾限值增加1 dB。

3.2 可聽噪聲要求

海拔500M及以下地區(qū)，距線路邊相導(dǎo)線投影外20M處，濕導(dǎo)線的可聽噪聲限值為55 dB（A），并滿足按照環(huán)保部門批復(fù)的聲環(huán)境標準。

3.3 鄰近或跨越房屋時的要求

1 000 kV線路不應(yīng)跨越屋頂為可燃材料的建筑物。對耐火屋頂?shù)慕ㄖ?，對人員不長居住的耐火屋頂，原則上也不宜跨越，如必須跨越時應(yīng)與有關(guān)方面協(xié)商同意，導(dǎo)線與建筑物之間的最小距離，應(yīng)符合表1規(guī)定。

最大計算弧垂情況下，導(dǎo)線與建筑物之間的最小垂直距離見表1規(guī)定。

表1 導(dǎo)線與建筑物之間的最小垂直距離（跨越房屋時）

最大計算風(fēng)偏情況下，邊導(dǎo)線與建筑物之間的最小凈空距離，應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 邊導(dǎo)線與建筑物之間的最小凈空距離（鄰近房屋時）

無風(fēng)情況下，邊導(dǎo)線與建筑物之間的水平距離，應(yīng)符合表3規(guī)定。

表3 邊導(dǎo)線與建筑物之間的水平距離（無風(fēng)時）

3.4 地面電場強度的要求

線路鄰近民房時，房屋所在位置離地面1.5M高處的最大未畸變場強不應(yīng)超過4 kV/m。

由上述可以明確：1 000 kV及以上輸電線路，不允許跨越長期住人房屋。對非長期住人的房屋，如果必須跨越，除應(yīng)與相關(guān)方協(xié)商同意外，還需同時滿足跨越距離和地面電場強度的要求。

同時存在的問題有：

1）輸電線路鄰近民房時，如果滿足表2和表3的要求時，是否滿足房屋所在位置離地面1.5M處的未畸變電場不超過4 kV/m的要求。

2）輸電線路鄰近民房時，同時滿足表2和表3的要求和房屋所在位置離地面1.5M處的未畸變電場不超過4 kV/m的要求時，其對地距離和走廊寬度如何確定。

解決上述兩個問題可應(yīng)對下列問題：

1）設(shè)計階段確定線路鄰近居民房屋時的對地距離，避免對地距離不足引起房屋附近電場強度超過限值，對地距離過大造成資源的浪費；

2）建設(shè)或運行階段，判斷線路附近新出現(xiàn)的障礙物是否滿足規(guī)程的要求，從而制定處理障礙物的措施。

4 電磁環(huán)境控制下的走廊范圍和對地距離確定

雖然國家標準中針對設(shè)計階段，給出了跨越或鄰近民房時的要求，但由于輸電線路從可研設(shè)計至施工建設(shè)完成，往往跨度時間較長，如何處理工程建設(shè)完畢后新出現(xiàn)的房屋，尤其是滿足表1-3的距離要求而在線路保護區(qū)范圍內(nèi)，電場強度是否滿足要求，為運行單位尤為關(guān)心的問題，因此有必要給出電磁環(huán)境控制下的走廊范圍。

由于地面電場強度隨著線路對地距離增加而明顯衰減，因此電磁環(huán)境控制下的走廊范圍和對地距離密切相關(guān)。

文獻［1］針對山東境內(nèi)的電壓等級，給出了220 kV和500 kV輸電線路，以無線電干擾限值、可聽噪聲限值、地面電場強度限值為控制條件，滿足電磁環(huán)境控制條件下的走廊寬度范圍和對地距離要求，本文針對1 000 kV錫盟—南京特高壓輸電線路，對滿足電磁環(huán)境條件下的走廊寬度和對地距離分別描述如下。

4.1 計算輸入?yún)?shù)

雙回路計算輸入?yún)?shù)見表4。

表4 雙回路計算輸入?yún)?shù)

4.2 計算方法

4.2.1 地面場強計算

輸電線路下的電場計算，主要分兩個步驟：首先采用逐次鏡像法計算單位長度導(dǎo)線上的電荷Q，其次計算由這些電荷產(chǎn)生的地面合成場強。

計算多導(dǎo)線線路中單位導(dǎo)線上的等效電荷Q，通過電壓U和麥克斯韋電位系數(shù)矩陣P用以下方程求解

式中：P、Q、U分別為各導(dǎo)線電位系數(shù)、各導(dǎo)線等效電荷、各導(dǎo)線對地電壓矩陣，當各導(dǎo)線單位長度的等效電荷求出后，空間任一點的電場強度可根據(jù)疊加原理計算得出，在（x，y）點的電場強度分量Ex和Ey可表示為

式中：Xi，Yi為導(dǎo)線 i的坐標；Li，L′i為分別為導(dǎo)線 i及其鏡像到計算點P的距離。

4.2.2 無線電干擾計算

無線電干擾水平的預(yù)估，采用1986年版的CISPR18-3推薦的經(jīng)驗法，公式如下：

式中：E為距導(dǎo)線直接距離20M并離地2M處的無線電干擾場強；gmax為導(dǎo)線表面最大場強電位梯度有效值，范圍為12～20 kV/cm；r為子導(dǎo)線半徑。

式（4）的計算結(jié)果代表了好天氣下0.5MHz的無線電干擾平均值。

4.2.3 可聽噪聲計算

采用美國BPA推薦的預(yù)測公式。美國BPA推薦的特高壓輸電線路的可聽噪聲的預(yù)估公式如下：其中：Z 為相數(shù)；SLA 為 A 計權(quán)聲級；PWL（i）為 i相導(dǎo)線的聲功率級；Ri為測點至被測i相導(dǎo)線的距離。式（5）中的 PWL按式（6）計算，

式中：E為導(dǎo)線的表面梯度，kV/cm；deq為等效直徑。

式中：n為分裂根數(shù)；d為次導(dǎo)線直徑，mm。

這個預(yù)測公式對于分裂間距為30～50 cm，導(dǎo)線表面梯度為10～25 kV/cm的常規(guī)對稱分裂導(dǎo)線均是有效的。

4.3 計算結(jié)果

根據(jù)4.2節(jié)計算方法的描述，利用山東電力工程咨詢院編制的電磁環(huán)境計算程序，對1000kV雙回路進行了計算，計算塔型采用工程上常用的塔型，計算結(jié)果如表5。

表5 1 000 kV同塔雙回路電磁計算結(jié)果

（2）兩最長橫擔之間的寬度為28.6M。

（3）可聽噪聲為根據(jù)《特高壓交流線路絕緣子串長優(yōu)化總體論證暨工程應(yīng)用方案審查會議紀要》的要求，根據(jù)BPA公式計算值降低2 db值。

由表5可以得出以下結(jié)論：

1）1 000 kV雙回輸電線路，在對地距離18～27M之間，無線電干擾最大值為54.18 μV/m，可聽噪聲值最大值為55dB，小于規(guī)程要求的55μV/m和55 dB，線路走廊寬度由地面電場強度控制。其地面電場強度和對地距離的關(guān)系曲線見圖1。

圖1 地面電場強度和對地距離的關(guān)系曲線

2）當線路跨越房屋時，同相序排列對地距離分別不小于54M，逆相序不小于33M時，可以控制地面電場強度小于4 kV/m，此值可做跨越房屋時的距離參考值。

3）當線路鄰近房屋時，規(guī)程要求邊導(dǎo)線距房屋最近點為7M，此時走廊寬度為42.6M，要求同相序?qū)Φ鼐嚯x不小于47M、逆相序不小于32.5M，可以控制走廊寬度范圍內(nèi)地面電場強度小于4 kV/m，此值可做鄰近房屋時的距離參考值。

4）由表5可以看出，同塔雙回路同相序和逆相序排列時，對地面電場強度影響比較大，尤其是跨越房屋時，對地距離最大差值達22m。相關(guān)計算表明，逆相序排列方式在地面工頻電場強度、線路不平衡度、過電壓水平、潛供電流、恢復(fù)電壓、線路走廊寬度等方面占優(yōu)。同相序排列方式在導(dǎo)線表面電場強度、無線電干擾、可聽噪聲和電暈損失等方面占優(yōu)。

5）由于地面電場強度衰減的較慢，同相序和逆相序排列對地距離在18～27M變化時，走廊寬度變化不大。對地距離為18M時，走廊寬度分別為67.4m和66.9m，按兩最長橫擔之間的寬度為28.6m，兩側(cè)邊線外走廊跨度分別為19.4M和19.2M，因此，可以按邊線外20M控制新建線路房屋的拆遷范圍。

5 結(jié)論

針對即將實施的途經(jīng)山東境內(nèi)第一條1000 kV錫盟—南京特高壓交流線路電磁環(huán)境問題進行分析，從前期設(shè)計角度，對特高壓輸電線路中的電磁環(huán)境要求及其控制下房屋拆遷范圍、對地距離等問題進行論證，并給出電磁環(huán)境要求下的線路走廊寬度及鄰近或跨越房屋時的對地距離。

1）1 000 kV特高壓輸電線路，不允許跨越長期住人房屋。

2）1 000 kV特高壓輸電線路，對非長期住人的房屋，原則上也不宜跨越，如必須跨越時應(yīng)與有關(guān)方面協(xié)商同意，同時滿足跨越距離和地面電場強度的要求。

3）根據(jù)地面電場強度的計算結(jié)果，可以按邊線外20M控制新建線路房屋的拆遷范圍。

4）線路跨越或鄰近民房時的對地距離參考值見表 6。

表6 線路跨越或鄰近民房時的參考對地距離