城區(qū)220kV輸電線路電磁兼容設(shè)計(jì)探討

摘要：文章介紹了如何對(duì)工頻電磁場(chǎng)中的工頻電場(chǎng)進(jìn)行抑制，同時(shí)介紹了輸電線路中電磁干擾的成因以及預(yù)防方式，并介紹了如何保護(hù)通信以及提高地電位，以期使所設(shè)計(jì)的220kV輸電線路電磁兼容設(shè)計(jì)有較高的可行性，也保證了設(shè)計(jì)的可靠性。

關(guān)鍵詞：220kV輸電線路；電磁兼容設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)方式；工頻電磁場(chǎng)；電力系統(tǒng)；電力輸送 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM726 文章編號(hào)：1009-2374（2016）18-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.008

由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度不斷加快，各地持續(xù)擴(kuò)大自身城鎮(zhèn)的實(shí)際規(guī)模，為此便需要頻繁使用220kV架空高壓輸電用線路。輸電線路的架設(shè)往往需要跨越兩個(gè)城區(qū)，而輸電線路所具有的電壓等級(jí)也在不斷升高，故而電磁兼容設(shè)計(jì)便引起有關(guān)部門(mén)的關(guān)注。輸電線路在運(yùn)行過(guò)程中，難免會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境的電磁造成一定程度的影響，作為線路設(shè)計(jì)人員，必須不斷提升自身設(shè)計(jì)水平，將輸電線路對(duì)周?chē)姶诺挠绊懡抵磷畹停员ＷC自身設(shè)計(jì)的可靠性以及安全性。

1 工頻電磁場(chǎng)

1.1 工頻電磁場(chǎng)簡(jiǎn)述

220kV輸電線路具有如下特點(diǎn)：電壓值較高，所通過(guò)的電流值也較大，所以容易在附近空間中形成較為強(qiáng)烈的工頻電場(chǎng)以及工頻磁場(chǎng)。通常情況下，220kV輸電線路的頻率為50Hz，其波長(zhǎng)長(zhǎng)度值較高，就目前所研究的實(shí)際長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，其具有準(zhǔn)靜電場(chǎng)特性，且該特性尤為突出。故而研究該類(lèi)型線路工頻電磁場(chǎng)對(duì)附近范圍的影響，實(shí)際是探索如何避免工頻電磁場(chǎng)干擾生態(tài)環(huán)境。

1.2 工頻電場(chǎng)

以工頻電場(chǎng)為例，工頻電場(chǎng)也可稱(chēng)之為電力頻率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若希望線路設(shè)計(jì)達(dá)到環(huán)評(píng)的標(biāo)準(zhǔn)，則線路當(dāng)中導(dǎo)線弧垂在最低狀態(tài)下，其與地面的距離也不應(yīng)低于9m。若線路通道中以及線路的影響范圍并非屬于民眾容易聚集的區(qū)域，則線路走廊同邊界之間的距離不少于3m即可。輸電線路設(shè)計(jì)人員可利用如下兩種方式降低工頻電場(chǎng)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響：其一，控制導(dǎo)線與工頻電場(chǎng)之間的距離。通過(guò)提高導(dǎo)線高度，使得導(dǎo)線與地面保持一定高度能夠有效減少地面電場(chǎng)強(qiáng)度。而該方法也成為解決工頻電場(chǎng)過(guò)于強(qiáng)大的主要方式。但設(shè)計(jì)人員需注意，一味提高導(dǎo)線高度并不能解決所有問(wèn)題。不僅如此，若導(dǎo)線高度超過(guò)一定范圍，則其對(duì)場(chǎng)強(qiáng)減小的作用也逐漸縮小。而且隨著高度增加，施工企業(yè)投資成本也相應(yīng)提高，這便導(dǎo)致企業(yè)投資與最終效果并未形成正比，從而導(dǎo)致企業(yè)浪費(fèi)大量資金；其二，控制線路之間的相隔距離也能夠?qū)Φ孛骐妶?chǎng)強(qiáng)度形成良好的控制，通過(guò)該方式控制地面電場(chǎng)強(qiáng)度，不僅能夠達(dá)到目的，同時(shí)也可以令線路走廊總體長(zhǎng)度被縮短。不僅如此，城區(qū)中需要建立多處跨越線路，但之間的相隔距離較短，所以對(duì)線路相隔距離并沒(méi)有過(guò)高的要求，故而針對(duì)城區(qū)的220kV輸電線路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中可選用窄

身塔。

2 電磁干擾

2.1 可聽(tīng)類(lèi)型噪聲

通常情況下，若室外環(huán)境狀態(tài)極差，220kV輸電線路便容易發(fā)出可聽(tīng)類(lèi)型噪聲。若室外天氣狀況較為干燥，此時(shí)線路導(dǎo)線并未達(dá)到很高的電位梯度，往往并不高于電暈的起始水平，所以形成的電暈源數(shù)量較少。若室外天氣狀況較差，如大雨，則此時(shí)室外空氣較為潮濕，且部分水滴會(huì)與導(dǎo)線形成接觸，甚至直接匯集于導(dǎo)線之上，從而形成大量電暈源，并形成電暈放電現(xiàn)象，此時(shí)便會(huì)形成爆裂聲。爆裂聲的頻率一般為雙倍頻和多倍頻兩種，聲音都可以被人們聽(tīng)見(jiàn)。

2.2 無(wú)線電干擾成因

不同于客廳類(lèi)型噪聲，無(wú)線電噪聲往往無(wú)法被人耳察覺(jué)。出現(xiàn)無(wú)線電噪聲的主要原因有兩點(diǎn)：其一，發(fā)生了電暈放電現(xiàn)象，且該現(xiàn)象發(fā)生于導(dǎo)線表層，或是線路局部部件表面；其二，線路中出現(xiàn)火花或是放電現(xiàn)象，但引發(fā)火花以及放電現(xiàn)象的原因不同，若出現(xiàn)火花或是放電現(xiàn)象的部分發(fā)生于絕緣子高電位梯度區(qū)域或是由于線路部分部件松動(dòng)以及接觸不良的原因出現(xiàn)，便會(huì)形成無(wú)線電噪聲。而且無(wú)線電噪聲還具有強(qiáng)度較為離散、容易受到室外氣候狀況影響的特征。

2.3 輸電線路對(duì)無(wú)線電設(shè)備的影響

輸電線路中，無(wú)線電噪聲對(duì)其他無(wú)線電的傳播造成一定影響，如廣播以及電視的接收效果。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，通常情況下，220kV輸電線路對(duì)無(wú)線電干擾的設(shè)計(jì)測(cè)量值達(dá)到43.9dB，規(guī)模較大的城市，對(duì)廣播收聽(tīng)進(jìn)行調(diào)幅時(shí)，邊界區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到74dB。針對(duì)收音機(jī)而言，若SNR維持在20～24dB之上，便能夠獲得較為良好的收聽(tīng)效果。而針對(duì)彩電而言，SNR保持在20～30dB，便能獲得良好的收看效果。所以廣播以及電視等需要穩(wěn)定無(wú)線電信號(hào)的設(shè)備，與輸電線路之間相隔的距離不應(yīng)低于13m。

2.4 輸電線路兼容性設(shè)計(jì)

除了要求電視以及廣播等設(shè)備與輸電線路保持一定距離之外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)行無(wú)線電兼容設(shè)計(jì)，降低輸電線路對(duì)無(wú)線電的干擾。具體解決方法一般有三種：其一，使用分裂導(dǎo)線的方式，選用以稀土鋁合金為主要制作材料制成的導(dǎo)線，其表面較為光滑整潔，能夠有效減少導(dǎo)線形成的電暈源數(shù)量；其二，可對(duì)接近段區(qū)域線路的絕緣能力進(jìn)行一定程度的提高，若有施工條件，施工人員還可安設(shè)均壓環(huán)以及屏蔽環(huán)，以免線路存在輕荷載或是無(wú)荷載的絕緣子棒同間隔棒與導(dǎo)線鉸接的部分產(chǎn)生碰撞；其三，設(shè)計(jì)人員在對(duì)220kV輸電線路搭設(shè)路徑進(jìn)行選擇的過(guò)程中，需明確導(dǎo)線不得自無(wú)線電設(shè)備的工作區(qū)域經(jīng)過(guò)，同時(shí)還應(yīng)躲避工業(yè)污染較為嚴(yán)重的區(qū)域，可以利用接近段區(qū)域內(nèi)地形或是區(qū)域物品隔斷輸電線路對(duì)無(wú)線電的干擾。

3 通信保護(hù)以及地電位升高

3.1 通信保護(hù)方面

220kV輸電線路中存在交變電流，會(huì)于附近范圍內(nèi)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，同時(shí)也會(huì)令附近的通信線路形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致通信出現(xiàn)對(duì)地電壓，若直接將中性點(diǎn)接地的輸電電路出現(xiàn)單相接地短路問(wèn)題時(shí)，送電線路便會(huì)出現(xiàn)不平衡電流，而且電流大幅增長(zhǎng)，使得與輸電線路相近的通信用線路也會(huì)增加大量感應(yīng)量，對(duì)用電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行以及安全形成較大的威脅。

3.2 通信保護(hù)兼容性

由于220kV輸電線路對(duì)通信會(huì)造成一定程度的影響，所以我國(guó)根據(jù)各地磁感應(yīng)電允值進(jìn)行限定，并設(shè)立了標(biāo)準(zhǔn)：要求通信明線電壓值為650V，通信電纜的電壓值應(yīng)為直流試驗(yàn)中所用電壓的60%以及交流試驗(yàn)所用電壓的85%。然而從實(shí)際角度出發(fā)，往往決定磁感應(yīng)電允值大小的因素為送電線路產(chǎn)生故障后，故障的持續(xù)時(shí)間。

設(shè)計(jì)人員可通過(guò)城區(qū)假設(shè)方式進(jìn)行分析，從而確定輸電線路位置設(shè)計(jì)：設(shè)定臨近距離為50m，而接近長(zhǎng)度達(dá)到1km。此時(shí)，220kV輸電線路在可從相鄰的通信線路當(dāng)中感應(yīng)縱電動(dòng)勢(shì)，電壓值一般位于500～700V。針對(duì)市話塑纜而言，輸電線路可從中感應(yīng)雜音電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)強(qiáng)度為0.7mV。

若設(shè)計(jì)人員不將城市的屏蔽系數(shù)納入考慮范圍之內(nèi)，那么輸電線路所感應(yīng)到的電動(dòng)勢(shì)處于250～350V之間，輸電線路自通信線路中所感受的對(duì)地電壓數(shù)值更低。至于雜音電動(dòng)勢(shì)，其電壓值僅在0.3mV上下。

通常情況下，送電線路不會(huì)發(fā)生導(dǎo)線斷落或是因雷電而引發(fā)的閃絡(luò)。用戶線長(zhǎng)度通常不會(huì)太長(zhǎng)，其與輸電線路基本相同，不超過(guò)2km，所以220kV送電線路并不會(huì)對(duì)用戶線形成明顯的磁電影響或是干擾影響。但針對(duì)城區(qū)部分需著重注意的通信線路，設(shè)計(jì)人員還需進(jìn)行一定計(jì)算，再確定輸電線路如何搭設(shè)。

3.3 地電位升高

送電線路中，桿塔接地設(shè)備的存在主要是為了將線路所接收的雷電流打入地下，避免雷電流對(duì)線路造成損害，提高線路的耐雷電能力。然而城區(qū)之內(nèi)，輸電線路以及地埋設(shè)施的安設(shè)往往會(huì)受到一定限制，使得部分地區(qū)輸電線路同地埋設(shè)備之間并沒(méi)有保持較遠(yuǎn)的距離。此刻，城區(qū)220kV輸電線路便具有一定威脅性，問(wèn)題也極為突出，如何協(xié)調(diào)輸電線路與地埋裝置的關(guān)系，使兩者形成兼容，便成為設(shè)計(jì)人員亟需解決的問(wèn)題之一。

從理論角度而言，若設(shè)計(jì)人員只是單純將不接近接地裝置的地電位提升，并不能影響接地電阻的大小。但是若使得接地設(shè)備自身地電位下降，則能夠降低接地設(shè)備的電阻值。因?yàn)檩旊娋€路隔開(kāi)不大，且接地設(shè)備往往會(huì)受到施工場(chǎng)地的約束，所以設(shè)計(jì)人員可利用垂直接地體替代水平接地體，此時(shí)接地設(shè)備的直徑較小，通常不超過(guò)5m，基本可以滿足設(shè)計(jì)要求。

除了上述方式之外，設(shè)計(jì)人員也可通過(guò)如下方法進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)，如強(qiáng)化地線所具有的分流作用。設(shè)計(jì)人員可通過(guò)對(duì)入地電流進(jìn)行約束以達(dá)到減少地電位升高的目的。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中利用導(dǎo)流效果良好的導(dǎo)體，能夠?qū)⒖傠娏鲗?dǎo)向遠(yuǎn)處，縮減入地電流量，而且其分流作用基本可以達(dá)到50%甚至更多。但需要注意，設(shè)計(jì)人員應(yīng)優(yōu)化臨近桿塔的接地工作，從而與導(dǎo)體形成配合，以降低其接地電阻值。

4 結(jié)語(yǔ)

220kV輸電線路是城區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，但由于其自身具有一定危險(xiǎn)性，故而設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，需考慮多方面因素，以便令自身設(shè)計(jì)具有可行性以及可靠性，保證輸電線路能夠正常運(yùn)行，不會(huì)對(duì)居民生活造成影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝安，史郁，周旋.220kV輸變電工程電磁輻射環(huán)境影響研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，（2）.

[2] 范永剛，王志成.220千伏高壓輸電線路對(duì)電磁環(huán)境的影響分析及防治對(duì)策[J].新疆環(huán)境保護(hù)，2013，（4）.

[3] 錢(qián)永林，卞榮.220kV輸電線路對(duì)城區(qū)環(huán)境影響的分析[J].電力建設(shè)，2012，（4）.

[4] 陳偉.高壓輸電線路走廊內(nèi)民房建筑對(duì)工頻電磁場(chǎng)屏蔽效果研究[J].電力科技與環(huán)保，2013，（2）.

[5] 唐旻，陳雅芬.220kV輸電線路導(dǎo)線不同排列方式下電磁環(huán)境影響分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2013，（6）.

作者簡(jiǎn)介：楊金龍（1989-），男，甘肅定西人，昆明供電設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）