姚元璽,張 慧，竇婷婷

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013；2.濟(jì)南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南250013）

0 引言

GB 50545-2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)14條強(qiáng)制性條文中，4條涉及電磁環(huán)境和房屋問題。隨著山東電網(wǎng)的完善，已建高壓輸電線路遍布山東各地，新辟高壓輸電線路走廊難度日益增加，個別新建線路走廊涉及搬遷大量居民房屋，民事工作困難。因此，在國家對環(huán)境保護(hù)日益重視和建設(shè)和諧社會的要求下，有必要明確高壓輸電線路設(shè)計中的電磁環(huán)境要求及其控制下的鄰近或跨越房屋時的對地距離要求。

1 新建高壓送電線路路徑選擇困難性分析

1.1 地方規(guī)劃部門的制約

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地方規(guī)劃部門對輸電線路的路徑審批非常嚴(yán)格，逐漸成為路徑選擇的決定性因素。規(guī)劃部門指定的路徑，多犧牲了線路長度、地形地貌、地質(zhì)、冰區(qū)等因素，折衷協(xié)調(diào)的過程比較漫長，對線路建設(shè)前期的審批周期影響較大。同時隨著國家新農(nóng)村建設(shè)的逐步推進(jìn)，新農(nóng)村社區(qū)規(guī)劃漸成規(guī)模，山東各地新型農(nóng)村社區(qū)建設(shè)也在逐步開展。農(nóng)村社區(qū)的建設(shè)，勢必帶來農(nóng)村原來村莊的搬遷，往往規(guī)劃部門指定的線路走廊，需穿越擬拆遷村莊，由于村莊拆遷的時間往往不明確，如果高壓線路建設(shè)在前，又需協(xié)商拆遷費(fèi)用的分?jǐn)倖栴}，路徑選擇問題變得復(fù)雜化。

1.2 居民危險意識和法律意識的增強(qiáng)

雖然國家標(biāo)準(zhǔn)中對不同電壓等級的輸電線路與鄰近的居民房屋距離有明確的要求，但隨著居民法律意識的增強(qiáng)，以及對惡劣氣象條件下高壓線路的電暈放電等現(xiàn)象的心理疑慮和困惑，鄰近村莊的高壓線路建設(shè)遇到很大的困難。政府部門也開始明確要求高壓線路需遠(yuǎn)離村莊和居民房屋，但往往路徑受其他因素的限制，相關(guān)部門或居民要求的距離和規(guī)程要求的距離相差很大，給設(shè)計階段中的路徑選擇造成很大的困難。

綜上所述，有必要結(jié)合2010年7月1日實施的GB 50545-2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，明確給出不同電壓等級的輸電線路與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(jì)合理。

2 電磁環(huán)境簡單介紹

架空送電線路的電磁環(huán)境問題主要考慮工頻電場及靜電感應(yīng)，工頻磁場及電磁感應(yīng)、無線電（電視）干擾、可聽噪聲等因素。

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(qiáng)度越強(qiáng)，隨著與導(dǎo)線間距的增加，電場強(qiáng)度降低很快，在距地面2m以內(nèi)的空間，電場分布基本均勻。

電場強(qiáng)度為衡量工頻電場的強(qiáng)弱，沒受人體和周圍影響稱為非畸變電場，當(dāng)電場中有人或物體存在時使空間電場發(fā)生畸變，稱為畸變電場。

2.2 工頻磁場

輸電線路運(yùn)行時，導(dǎo)線中的電流在周圍空間產(chǎn)生磁場，磁場一般不受周圍物體的影響，只有鐵磁性物體才會使磁場產(chǎn)生畸變。

2.3 電暈放電

架空輸電線路當(dāng)導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度超過一定限值時，導(dǎo)線表面對周圍空氣產(chǎn)生游離，使導(dǎo)線表面放電，陰雨天晚上可以看到導(dǎo)線表面有淡藍(lán)色亮度的低微的光，稱為電暈放電現(xiàn)象。

2.4 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(diǎn)，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。

2.5 可聽噪聲

導(dǎo)線周圍空氣電離放電時，產(chǎn)生的可能使線路附近居民和工作人員感到煩躁不安，嚴(yán)重時可使人難以忍受的噪聲。

3 國家標(biāo)準(zhǔn)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

GB 50545-2010中5.0.4要求：海拔不超過1 000m時，距輸電線路邊相導(dǎo)線投影外20m處且離地2m高且頻率為0.5MHz時的無線電干擾限值應(yīng)符合表1規(guī)定。

表1 無線電干擾限值

3.2 可聽噪聲要求

GB 50545-2010中5.0.5要求：海拔不超過1 000m時，距輸電線路邊相導(dǎo)線投影外20m處，濕導(dǎo)線條件下的可聽噪聲限值應(yīng)符合表2規(guī)定。

表2 可聽噪聲限值

3.3 鄰近或跨越房屋時的要求

GB 50545-2010強(qiáng)條13.0.4要求：輸電線路不應(yīng)跨越屋頂為可燃材料的建筑物。對耐火屋頂?shù)慕ㄖ?，如需跨越時應(yīng)與有關(guān)方面協(xié)商同意，500 kV及以上輸電線路不應(yīng)跨越長期住人的建筑物。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，應(yīng)符合表3規(guī)定。

表3 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4的規(guī)定。

表4 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5規(guī)定。

表5 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(qiáng)度的要求

GB 50545-2010中13.0.5要求：500 kV及以上輸電線路跨越非長期住人的建筑物或鄰近民房時，房屋所在位置離地面1.5 m處的未畸變電場不得超過4 kV/m。

由上述可以明確以下幾點(diǎn)：

1）500 kV以下輸電線路，一般不允許跨越住人房屋（不區(qū)分長期住人和非長期住人）。如果必須跨越，除與相關(guān)方協(xié)商同意后，還需滿足跨越距離的要求。

2）500 kV及以上輸電線路，不允許跨越長期住人房屋。

3）500 kV及以上輸電線路，允許跨越非長期住人房屋，如果跨越，需同時滿足跨越距離和地面電場強(qiáng)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1～5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1～5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(qiáng)度超過限值，對地距離過大造成資源的浪費(fèi)。

2）建設(shè)或運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)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1～5的距離要求而在線路保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，電場強(qiáng)度是否滿足要求，為運(yùn)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(qiáng)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)。

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(qiáng)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，分別描述如下。

4.1 計算輸入?yún)?shù)

表6 雙回路計算輸入?yún)?shù)

表7 單回路計算輸入?yún)?shù)

4.2 計算方法

4.2.1 地面場強(qiáng)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(qiáng)。

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(dāng)各導(dǎo)線單位長度的等效電荷求出后，空間任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度可根據(jù)疊加原理計算得出，在（x,y）點(diǎn)的電場強(qiáng)度分量Ex和Ey可表示為

式中：Xi，Yi為導(dǎo)線 i的坐標(biāo)；Li，L′i分別為導(dǎo)線i及其鏡像到計算點(diǎn)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(qiáng)；gmax為導(dǎo)線表面最大場強(qiáng)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

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(diǎn)至被測i相導(dǎo)線的距離。式（5）中的PWL按下式計算

式（6）中 E 為導(dǎo)線的表面梯度（kV/cm），deq 為等效直徑， dep=0.58×n0.58×d（n＞4）

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，利用我院編制的電磁環(huán)境計算程序，分別對500 kV和220 kV單雙回路進(jìn)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8～11。

表8 220 kV同塔雙回路電磁計算結(jié)果

表9 220 kV單回路電磁計算結(jié)果

表10 500 kV同塔雙回路電磁計算結(jié)果

表11 500 kV單回路電磁計算結(jié)果

由表8～11可以得出以下結(jié)論：

1）220 kV雙回輸電線路無線電干擾最大值為37.5μV/m，可聽噪聲值最大值為28 dB，遠(yuǎn)小于規(guī)程要求的53μV/m和55 dB，線路走廊寬度由地面電場強(qiáng)度控制。

由表8可知：

當(dāng)線路跨越房屋時，同相序排列對地距離分別不小于12.5m，逆相序不小于9.5m時，可以控制地面電場強(qiáng)度小于4 kV/m，此值可做為跨越房屋時的距離參考值。

當(dāng)線路鄰近房屋時，規(guī)程要求邊導(dǎo)線距房屋最小距離為2.5m，此時走廊寬度為17m，要求同相序?qū)Φ鼐嚯x不小于8.5m、逆相序不小于7.5m，可以控制走廊寬度范圍內(nèi)地面電場強(qiáng)度小于4 kV/m，此值可做為鄰近房屋時的距離參考值。

2）220 kV單回輸電線路無線電干擾最大值為34.7μV/m，可聽噪聲值最大值為23.7 dB，小于規(guī)程要求的53μV/m和55 dB，線路走廊寬度由地面電場強(qiáng)度控制。

由表9可知：

當(dāng)線路跨越房屋時，對地距離不小于9.5m時，可以控制地面電場強(qiáng)度小于4 kV/m，此值可做跨越房屋時的距離參考值。

當(dāng)線路鄰近房屋時，規(guī)程要求邊導(dǎo)線距房屋最近點(diǎn)為2.5m，此時走廊寬度為15.2m，要求對地距離不小于9.5m時，可以控制走廊寬度范圍內(nèi)地面電場強(qiáng)度小于4 kV/m，此值可做鄰近房屋時的距離參考值。

3）500 kV雙回輸電線路無線電干擾最大值為47.8μV/m，可聽噪聲值最大值為47.7 dB，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(qiáng)度控制。

由表10可知：

當(dāng)線路跨越房屋時，同相序排列對地距離分別不小于27m，逆相序不小于18m時，可以控制地面電場強(qiáng)度小于4 kV/m，此值可做跨越房屋時的距離參考值。

當(dāng)線路鄰近房屋時，規(guī)程要求邊導(dǎo)線距房屋最近點(diǎn)為5 m，此時走廊寬度為34 m，要求同相序?qū)Φ鼐嚯x分別不小于17m、逆相序不小于14m，可以控制走廊寬度范圍內(nèi)地面電場強(qiáng)度小于4 kV/m，此值可做鄰近房屋時的距離參考值。

4）500 kV單回輸電線路無線電干擾最大值為47.0μV/m，可聽噪聲值最大值為45.4 dB，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(qiáng)度控制。

由表11可知：

當(dāng)線路跨越房屋時，對地距離不小于18m時，可以控制地面電場強(qiáng)度小于4 kV/m，此值可做跨越房屋時的距離參考值。

當(dāng)線路鄰近房屋時，規(guī)程要求邊導(dǎo)線距房屋最近點(diǎn)為5m，此時走廊寬度為24.2m，要求對地距離不小于18m時，可以控制走廊寬度范圍內(nèi)地面電場強(qiáng)度小于4 kV/m，此值可做鄰近房屋時的距離參考值。

5）由表8和表10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(qiáng)度影響比較大，對地距離最大差值達(dá)9m。相關(guān)計算表明，逆相序排列方式在地面工頻電場強(qiáng)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(qiáng)度、無線電干擾、可聽噪聲和電暈損失等方面占優(yōu)。因此，同塔雙回路，為減少地面電場強(qiáng)度和不平衡電流，推薦采用逆相序排列。

5 結(jié)論

本文針對新建線路路徑選擇日益困難的問題，結(jié)合GB 50545-2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)的實施，重點(diǎn)討論了高壓架空輸電線路設(shè)計中電磁環(huán)境問題，同時給出了電磁環(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，主要結(jié)論如下：

1）220 kV和500 kV輸電線路需同時滿足GB 50545-2010中13.0.4（導(dǎo)線與建筑物之間的距離）、5.0.4（無線電干擾）、5.0.5（可聽噪聲）的要求。

GB 50545-2010中13.0.5雖然只對500 kV及以上輸電線路跨越或鄰近民房時的未畸變場強(qiáng)做了規(guī)定，但根據(jù)條文說明，此限值是按330 kV跨越民房時的電場限值經(jīng)驗選取，因此，建議對220 kV輸電線路，也按滿足GB 50545-2010中13.0.5的要求執(zhí)行。

2）500 kV以下輸電線路，一般不允許跨越住人房屋 （不區(qū)分長期住人和非長期住人），如果跨越，除與相關(guān)方協(xié)商同意后，還需滿足跨越距離的要求。

3）500 kV及以上輸電線路，不允許跨越長期住人房屋。

4）500 kV及以上輸電線路，允許跨越非長期住人房屋，如果跨越，需同時滿足跨越距離和地面電場強(qiáng)度的要求。

5）滿足規(guī)程要求的線路走廊寬度見表8～11，可為運(yùn)行單位處理線路附近新出現(xiàn)的建筑物提供參考依據(jù)。

6）同塔雙回路，為減少地面電場強(qiáng)度和不平衡電流，推薦采用逆相序排列。

7）線路跨越或鄰近民房時的對地距離參考值見表12。

表12 線路跨越或鄰近民房時的參考對地距離