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企業動態

我國更高一級電壓等級輸電的電磁環境研究(二)

2020-03-06

3.1.3電場效應
電場的生態效應分為短時影響和長期影響。短時影響主要研究了人體對電擊和電場的直接感受,電流對人體的影響;長期影響的研究是通過調查和試驗室研究進行的。工頻電磁場是否對生物系統,特別是對人類的健康是否產生有害影響,始終是一個懸而未決的問題,因此對生態效應的研究還有待繼續研究。
輸電線路下空間場強的大小,除與所加電壓有關外,還與導線的布置形式、幾何位置極其尺寸等因素有關,因此,可以通過(1)調整導線離地高度、相間距離、分裂導線結構尺寸、相導線的布置方式等來降低線路下的電場強度。研究表明:在這幾種方式中,要減小線下空間場強,以適當增加導線對地高度最為有效。靠減小相間距離來減小場強,將受到絕緣配合的限制,效果也不如適當增加導線對地高度顯著。減小分裂導線數目雖能減小線下場強,但可聽噪聲、無線電干擾水平有所增加。在設計新線路選擇導線布置時,采用倒三角形布置可減小線下場強和節省線路走廊占地。
歐美一些國家對400~700kV輸電線路線下最大地面場強大多數取值為10~12kV/m,沒有發現這樣電壓等級線路對人體健康有危害的報告。美國新澤西州對線路走廊邊緣的最大允許場強規定為3kV/m,BPA對線路走廊寬度的標準要求為5kV/m,迄今BPA的研究證明選取該值還沒有出現不利的結果。
3.2特高壓變電站
國際上采用的特高壓變電站有3種型式:傳統的戶外型(敞開式,如前蘇聯采用)變電站、混合型(如美國采用)變電站和氣體絕緣型GIS(如日本、意大利采用)變電站。
前蘇聯已經建成并投入運行的特高壓變電站全部采用戶外結構。埃基巴斯圖茲變電站是聯結西伯利亞烏拉爾和中亞電力系統1150kV輸電線路的樞紐,站內在斷路器的部位和主要的巡視路徑設有金屬屏蔽網(或屏蔽線),保證廊道下地面場強小于5kV/m。場內大部分地區場強在15~20kV/m之間,出線分壓器的部位地面場強高達35kV/m,兩人皮膚相互靠攏有輕微的放電感覺。巡視和其他工作人員在超過15kV/m的場強區域內作業,應穿特制的屏蔽服。在變電站內無線電干擾水平超過了規定水平,對母線(尤其是他們的交匯處)和裝置的屏蔽改進等設計工作仍在繼續。
日本的1000kV特高壓變電站是采用SF6全組合電器的變電站,進線和出線均由套管引進和引出,對環境的影響較小。另外,還為減少噪聲污染為主變壓器專門設置了隔音箱。按我國用電特點,如采用GIS變電站,將大大減少占地面積(約為戶外型的1/4)和對環境的影響。
3.3±600kV及其以上電壓等級直流輸電線路
在條件基本相同的情況下,直流輸電線路對環境的各種影響一般要比交流的影響要小,這是直流輸電的優點之一。
對±600kV及其以上電壓等級直流輸電線路電磁環境的研究,美國EPRI做了大量研究工作。對直流電場和離子流、可聽噪聲以及無線電干擾的產生機理、試驗方法和過程做了詳細的報道,并總結了準確實用的計算方法,為±600kV及其以上電壓等級直流輸電線路的設計提供寶貴的經驗。
3.3.1電場效應
高壓直流輸電線路線下的電場效應與交流相比有很大的不同,體現在:合成電場普遍高于同一電壓等級的交流線路線下的電場;在正常運行的直流輸電線路下,沒有通過電容耦合的感應現象。
關于直流電場和離子流在實驗室的研究結果與高壓直流線路電磁環境關系方面,已發表有大量文獻。許多試驗研究既報道了對植物和動物存在有益影響,也報道存在有害影響。然而對離子流產生的生物作用,在科學上的爭論至今仍在繼續。
美國Delles試驗中心曾做過試驗:穿普通鞋的人在高壓直流母線下,當電場為30kV/m時,毛發有刺激感,頭皮有輕微刺痛感。這主要是由于人處在電場中將使原有電場發生畸變,使部局電場加強所致。基于以上試驗情況,曾規定直流輸電線路下,可能有人員活動的地方,合成場強限制為30kV/m。按照美國能源部超、特高壓輸電線電氣與機械設計規范規定,直流線路無電暈時的電場強度取線下為15kV/m。日本環境部會取值為9kV/m。
3.3.2可聽噪聲
隨著電壓等級的升高,輸電線路的可聽噪聲已成為設計交、直流特高壓線路必須考慮旳重要因素。
交流輸電線路可聽噪聲,在晴天時小,一般是在小雨、霧和下雪時可聽噪聲大,是線路設計考慮的主要條件。而直流輸電線路下雨時,可聽噪聲較晴天反而有所減小,下雪天的噪聲與晴天差別不大,因此晴天的可聽噪聲是設計直流線路時首先要考慮的。美國能源部(DOE)建議將直流輸電線路可聽噪聲限制在40~45dB(A)范圍內,50以上的好天氣不超過該值。這是根據美國BPA早期的有關調查研究結論得來,即40dB(A)是一個界限,超過這個界限由直流輸電線路產生的噪聲則不可接受。日本將直流線路晴陰天氣50的可聽噪聲目標值定為40dB(A)。
3.3.3無線電干擾
主觀評價結果認為:對直流輸電線路允許的無線電干擾的信噪比為20~21dB,即廣播信號必須比直流電暈干擾高出20~21dB,才能較為滿意的收聽。而對交流輸電線路較為滿意的收聽的信噪比為24dB,由此可見直流輸電線路因電暈對無線電廣播的干擾要比交流線路小。美國規范規定走廊邊緣上80全天候的無線電干擾為53~58dB,日本將目標值定在50dB,為晴陰天50的值。
3.4±600kV及其以上電壓等級換流站
世界上±500kV直流輸電系統運行經驗超過50年,±600kV直流輸電系統運行經驗也已超過15年,這些直流輸電系統已經具有相當實用的運行經驗。從我國近幾年的天-廣、三-常、三-廣和貴-廣±500kV直流輸電工程換流站的電磁環境測試來看,存在兩個突出問題:(1)換流站的可聽噪聲太大;(2)換流站接地極的地電位對交流系統的影響比較嚴重。
換流站內的主要噪聲源有換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、換流閥和冷卻系統設備。后兩種設備置于室內,其噪聲基本被房屋屏蔽;前三種設備安裝在室外,其噪聲對外界造成嚴重影響。龍泉、政平和荊州換流站周圍的民眾對換流站噪聲抱怨比較強烈,應引起重視。關于換流站的噪聲,以下幾方面的問題值得注意:(1)換流站圍墻外20m的噪聲設計指標與國家規定的城市區域環境標準相矛盾;(2)站內的一些室外設備如平波電抗器和交流濾波器等發出的噪聲,在額定功率下超過了招投標書的要求,未采取必要的噪聲抑制措施。對±600kV及以上電壓等級的換流站,其設備的可聽噪聲影響可能更大。
當直流輸電采用單極大地返回方式運行時,入地電流使接地極周圍地電位升高,導致附近不同位置交流變電站之間出現直流地電位差。對于中性點接地且有關聯的交流變電站,接地極入地電流引起的地電位變化會在交流側繞組電流中產生直流分量,兩者共同作用使換流變壓器產生直流偏磁現象,變壓器的損耗、溫升以及50Hz的噪聲(正常時基波噪聲頻率為100Hz)都有明顯增加。直流偏磁現象影響變壓器正常工作,嚴重時還會損壞變壓器。廣東省大地電阻率普遍較高,按電力規劃,珠江三角洲地區換流站也較多,上述問題將會比較嚴重。廣東境內已有3座±500kV的換流站,目前靠盡量控制運行方式回避上述問題,比較被動,應盡早著手研究和解決直流接地極地電位升對交流系統的影響。


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