3.1.3電場效應(yīng)
電場的生態(tài)效應(yīng)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(diào)查和試驗室研究進行的。工頻電磁場是否對生物系統(tǒng),特別是對人類的健康是否產(chǎn)生有害影響,始終是一個懸而未決的問題,因此對生態(tài)效應(yīng)的研究還有待繼續(xù)研究。
輸電線路下空間場強的大小,除與所加電壓有關(guān)外,還與導(dǎo)線的布置形式、幾何位置極其尺寸等因素有關(guān),因此,可以通過(1)調(diào)整導(dǎo)線離地高度、相間距離、分裂導(dǎo)線結(jié)構(gòu)尺寸、相導(dǎo)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(dāng)增加導(dǎo)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(dāng)增加導(dǎo)線對地高度顯著。減小分裂導(dǎo)線數(shù)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(shè)計新線路選擇導(dǎo)線布置時,采用倒三角形布置可減小線下場強和節(jié)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(shù)取值為10~12kV/m,沒有發(fā)現(xiàn)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(guī)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(xiàn)不利的結(jié)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(tǒng)的戶外型(敞開式,如前蘇聯(lián)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(lián)已經(jīng)建成并投入運行的特高壓變電站全部采用戶外結(jié)構(gòu)。?;退箞D茲變電站是聯(lián)結(jié)西伯利亞烏拉爾和中亞電力系統(tǒng)1150kV輸電線路的樞紐,站內(nèi)在斷路器的部位和主要的巡視路徑設(shè)有金屬屏蔽網(wǎng)(或屏蔽線),保證廊道下地面場強小于5kV/m。場內(nèi)大部分地區(qū)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(qū)域內(nèi)作業(yè),應(yīng)穿特制的屏蔽服。在變電站內(nèi)無線電干擾水平超過了規(guī)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(shè)計工作仍在繼續(xù)。
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(huán)境的影響較小。另外,還為減少噪聲污染為主變壓器專門設(shè)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(huán)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(huán)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(yōu)點之一。
對±600kV及其以上電壓等級直流輸電線路電磁環(huán)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(chǎn)生機理、試驗方法和過程做了詳細的報道,并總結(jié)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(shè)計提供寶貴的經(jīng)驗。
3.3.1電場效應(yīng)
高壓直流輸電線路線下的電場效應(yīng)與交流相比有很大的不同,體現(xiàn)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(yīng)現(xiàn)象。
關(guān)于直流電場和離子流在實驗室的研究結(jié)果與高壓直流線路電磁環(huán)境關(guān)系方面,已發(fā)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(chǎn)生的生物作用,在科學(xué)上的爭論至今仍在繼續(xù)。
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(dāng)電場為30kV/m時,毛發(fā)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(fā)生畸變,使部局電場加強所致。基于以上試驗情況,曾規(guī)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(shè)計規(guī)范規(guī)定,直流線路無電暈時的電場強度取線下為15kV/m。日本環(huán)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(shè)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(shè)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(shè)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(nèi),50以上的好天氣不超過該值。這是根據(jù)美國BPA早期的有關(guān)調(diào)查研究結(jié)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(chǎn)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(jié)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(guī)范規(guī)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(tǒng)運行經(jīng)驗超過50年,±600kV直流輸電系統(tǒng)運行經(jīng)驗也已超過15年,這些直流輸電系統(tǒng)已經(jīng)具有相當(dāng)實用的運行經(jīng)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(huán)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(tǒng)的影響比較嚴重。
換流站內(nèi)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(tǒng)設(shè)備。后兩種設(shè)備置于室內(nèi),其噪聲基本被房屋屏蔽;前三種設(shè)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(yīng)引起重視。關(guān)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(shè)計指標與國家規(guī)定的城市區(qū)域環(huán)境標準相矛盾;(2)站內(nèi)的一些室外設(shè)備如平波電抗器和交流濾波器等發(fā)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(shè)備的可聽噪聲影響可能更大。
當(dāng)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(dǎo)致附近不同位置交流變電站之間出現(xiàn)直流地電位差。對于中性點接地且有關(guān)聯(lián)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(cè)繞組電流中產(chǎn)生直流分量,兩者共同作用使換流變壓器產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)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(xiàn)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(guī)劃,珠江三角洲地區(qū)換流站也較多,上述問題將會比較嚴重。廣東境內(nèi)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(yīng)盡早著手研究和解決直流接地極地電位升對交流系統(tǒng)的影響。