_800kV直流输电线路电磁环境限值研究

陆家榆等：±８００ｋＶ直流输电线路电磁环境限值研究第１０期（特高压输电技术专栏）±８００ｋＶ直流输电线路电磁环境限值研究陆家榆，鞠勇（中国电力科学研究院，北京１０００８５）摘要：±８００ｋＶ直流线路的电磁环境限值是确定导线型式和线路结构的重要依据，确定合理的电磁环境限值对保护环境和控制工程造价至关重要。

对国际上交直流超／特高压输电线路电磁环境控制指标、有关国家和国际组织的电磁环境标准进行了分析，结合国情，提出了±８００ｋＶ直流线路电场、离子流密度、磁场、无线电干扰和可听噪声的限值建议；根据电磁环境预测结果和限值，给出了±８００ｋＶ直流线路的导线结构、极导线最小对地高度和不同极导线高度下的走廊宽度。

结果表明：采用建议的限值来控制±８００ｋＶ直流线路的电磁环境，其电场和离子流密度水平与我国超高压直流线路的相当；无线电干扰在国际上处于中等水平；可听噪声满足国家环境噪声标准。

关键词：特高压；电磁环境；限制值中图分类号：ＴＭ７２３；ＴＭ１５文献标识码：Ａ文章编号：１００４－９６４９（２００６）１０－００３７－０６收稿日期：２００６－０８－１９基金项目：国家电网公司科技资助项目（ＳＧＳＣ［２００５］７８）作者简介：陆家榆（１９５７－），男，湖北钟祥人，博士，高级工程师（教授级），中国电机工程学会高级会员，中国电力科学研究院高压所（电磁环境所）总工程师，从事电磁场理论和计算及电磁兼容技术研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｕｊｙ＠ｅｐｒｉ．ａｃ．ｃｎ０引言直流输电具有线路输电能力强、损耗小、两侧交流系统不需同步、发生故障时对电网造成的损失小等优点，特别适合长距离点对点大功率输电。

采用±８００ｋＶ特高压直流输电对满足国民经济发展的用电需求，促进电力产业技术升级和可持续发展，实现跨大区、跨流域的水电火电互济，提高能源利用率具有重要意义；也是实现全国电力资源优化配置，提高输电走廊利用率和保护环境的战略性举措。

±８００ｋＶ直流线路具有电压高、导线大、单条线路走廊宽等特点，其电磁环境（电场、离子流、磁场、可听噪声和无线电干扰）与±５００ｋＶ线路的有一定差别，由此带来的环境影响将受到各方关注，须采取措施加以限制，使其满足环境保护要求。

１电场强度和离子流密度１．１人在直流线路电场下的直接感受和暂态电击直流线路的电场由导线上电荷产生的场（标称电场）和电晕引起的空间电荷（离子）产生的场合成。

空间电荷运动形成离子流。

离子遇到对地绝缘体，将附着在该物体上使其带电，可能引起暂态电击。

人在直流线下会截获离子流，被截获的离子流通过人体入地。

研究表明：要得到同样的感受，流过人体的直流电流要比交流电流大５倍以上；而人在直流线下截获的电流又比能感觉的临界值小２个数量级。

因此，人在直流线下截获离子流一般不会有感觉。

与交流线路不同，在正常运行的直流线路下，基本没有电场变化产生位移电流的现象。

人在电场中的直接感受和暂态电击是制定直流线路电场限值需考虑的主要问题。

美国在直流线下进行的直接感受试验表明，对穿普通鞋的人，当电场为３０ｋＶ／ｍ时，毛发和皮肤才开始出现刺激感。

ＩＣＮＩＲＰ（国际非电离辐射防护委员会）指出，对大多数人，因表面电荷引起烦恼的感觉不会发生在２５ｋＶ／ｍ场强以下。

前苏联研究直流电场效应后认为，直流线路下的允许电场可达５０ｋＶ／ｍ。

中国电力科学研究院在直流线路下进行的人体直接感受试验表明：毛发和皮肤对直流电场最敏感。

在地面电场强度Ｅ＜３０ｋＶ／ｍ的地方，皮肤感觉不明显；在Ｅ为３０、３５、３８、４４ｋＶ／ｍ的地方，外露皮肤的感觉分别为有微弱刺激感、较明显的刺激感、很明显的刺激感和刺激感很强烈。

离开高场强区后，皮肤刺激感立即消失，无任何不适反应。

暂态电击按其严重程度分为０类、第１类和第２类。

０类一般界定为可感觉的电击；第１类能使人不舒服和引起疼痛并使肌肉出现不自觉反应，但不中国电力ＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ第３９卷第１０期２００６年１０月Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１０Ｏｃｔ．２００６３７第３９卷中国电力（特高压输电技术专栏）会引起生理上的直接损伤；第２类能对人造成直接损伤，下限指９９．５％被电击的人仍能自己摆脱。

世界各国设计输电线路时，均要考虑当人们接触线下车辆或物体时，不允许发生第２类暂态电击，允许发生第１类暂态电击并尽可能减轻其程度。

中国电力科学研究院在直流线路下的暂态电击试验表明：当人在电场为１２￣２６ｋＶ／ｍ的地方触摸停留的大型车辆时，均无感觉。

在地面合成电场为６．１￣１５．１ｋＶ／ｍ的范围，穿普通鞋的人触摸接地金属体、人接触接地金属线同时触摸空中对地绝缘的金属线及人打伞在线下行走时均无感觉。

考虑极端情况，人打伞触摸金属柄，同时接触接地金属线，试验结果为：地面合成电场Ｅ小于９．６ｋＶ／ｍ时，无感觉；Ｅ为１１￣１３ｋＶ／ｍ时，有轻微感觉；Ｅ为１４．６￣１５．１ｋＶ／ｍ时，放电与人触摸水龙头的感觉类似，但强度要小；直至Ｅ达到３２．５ｋＶ／ｍ，所发生的暂态电击类似人触摸水龙头时的放电。

这些属于０类暂态电击。

基于以上试验，为避免人在直流线路下对电场有明显感觉，在线下可能有人活动的地方，合成电场控制在不超过３０ｋＶ／ｍ较合适。

将民房所在地面的合成电场控制在不超过１５ｋＶ／ｍ，大多数情况下不会使人产生可感觉的暂态电击。

１．２直流电场和离子流密度限值概况美国：能源部和ＮｏｒｔｈＤａｋｏｔａ州线下地面合成电场限值分别为３０和３３ｋＶ／ｍ；工业卫生协会直流电场职业暴露限值为２５ｋＶ／ｍ；电场小于１５ｋＶ／ｍ，不需考虑暂态电击。

加拿大：线下合成电场和离子流密度限值分别为２５ｋＶ／ｍ和１００ｎＡ／ｍ２；走廊边沿标称电场限值为２ｋＶ／ｍ。

巴西：伊泰普±６００ｋＶ直流线路下地面合成电场限值为４０ｋＶ／ｍ。

前苏联：±７５０ｋＶ直流线路下地面合成电场限值，非居民区取２５ｋＶ／ｍ，居民区取１０ｋＶ／ｍ。

德国：直流电场职业暴露限值为４０ｋＶ／ｍ；若每天暴露２ｈ，允许达６０ｋＶ／ｍ。

欧盟：直流电场职业暴露限值为４２ｋＶ／ｍ，公众暴露限值为１４ｋＶ／ｍ。

中国：±５００ｋＶ直流线下地面合成电场和离子流密度限值分别取３０ｋＶ／ｍ和１００ｎＡ／ｍ２；民房所在地面标称电场限值取３ｋＶ／ｍ，在修订的《高压直流架空送电线路技术导则》中等效地改为用地面合成电场控制，限值取１５ｋＶ／ｍ（对应于湿导线）。

１．３±８００ｋＶ直流输电线路的电场和离子流密度限值建议基于以上结果，建议±８００ｋＶ直流线路的电场和离子流密度限值仍保持与我国±５００ｋＶ直流线路的相同水平：即线下合成电场和离子流密度限值分别取３０ｋＶ／ｍ和１００ｎＡ／ｍ２；线路临近民房时民房所在地面合成电场限值取１５ｋＶ／ｍ（对应于湿导线）。

直流线路的合成电场会受电晕和风速风向的影响，测量时利用统计量衡量这种随机量是否满足限值要求应采用统计平均值（即５０％值）。

因此，从测量角度考虑，建议民房所在地面合成电场５０％值不超过１５ｋＶ／ｍ，最大不超过２５ｋＶ／ｍ。

２磁感应强度拟建的±８００ｋＶ直流工程的额定电流为４ｋＡ。

图１给出了双极运行方式下的地面磁场横向分布。

曲线从上到下对应极导线高度为１７￣２５ｍ。

根据可行性研究初步结果，为控制合成电场，极导线高度将取１８ｍ，由图１可见，线下地面最大磁场小于４５μＴ，比我国内陆的地磁还小。

目前没有国家专门制定标准对直流线路磁场予以限制。

ＩＣＮＩＲＰ建议１Ｈｚ以下磁场的公众暴露限值取４０ｍＴ。

±８００ｋＶ直流线路的最大磁场只有ＩＣＮＩＲＰ建议的公众暴露限值的１／９００。

对这一水平的磁场，人类早已习惯，不会影响人的健康；否则，人类在地球上生存都成问题。

因此，没有制定磁场限值的必要。

３可听噪声３．１直流输电线路可听噪声一般特性图２为直流线路可听噪声与环境噪声的频谱。

环境噪声在１００Ｈｚ后明显衰减；而直流线路电晕噪声在频率很高时才开始衰减。

这样，在环境噪声较低的场合，电晕噪声很容易分辨。

正是这一特性，输电线路电晕噪声才给人在听觉上一种异常感。

交流线路可听噪声由宽频带噪声和纯音组成，而直流线路可听噪声不含纯音。

主观评价结果表明：在５０ｄＢ（Ａ）噪声水平，交直流线路可听噪声产生的烦恼程度基本图１±８００ｋＶ直流输电线路地面磁场横向分布Ｆｉｇ．１Ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｆ±８００ｋＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅａｔｇｒｏｕｎｄｌｅｖｅｌ３８陆家榆等：±８００ｋＶ直流输电线路电磁环境限值研究第１０期（特高压输电技术专栏）相同；高于此水平，直流线路的噪声更令人烦恼，这与直流线路可听噪声不含低频纯音有关。

直流线路可听噪声横向衰减特性基本上关于正极性导线对称。

因此，在评价直流线路的可听噪声时，参考点一般选在正极性导线之外。

随距离增加，可听噪声比电场和无线电干扰衰减慢。

在线路临近民房时，应注意选择合适的导线控制噪声源强，不能仅靠抬高导线和增加房屋与线路之间的距离来处理噪声。

雨天时导线的起晕场强比晴天时低，导线周围的离子比晴天时的多；下雨初期，导线表面离子浓度不大时，电晕放电比晴天时稍强；下雨延续一段时间后，导线起晕场强进一步降低，导线表面离子增加，使得导线不规则的面都被较浓的电荷所包围，减小了电晕放电强度，使可听噪声较晴天反而有所减小。

空中飘落物附在导线上会使局部表面场强增大，可听噪声增加。

这些飘落物会随季节变化，夏季较多。

根据以上特点，在确定直流线路可听噪声的限值时，重点应考虑夏季晴天情况。

对同一结构的线路，电晕噪声将随海拔高度的增加而增加。

研究表明，海拔高度每增加３００ｍ，可听噪声增加约１ｄＢ（Ａ）。

３．２±８００ｋＶ直流输电线路可听噪声限值建议控制直流线路噪声主要应考虑不使线下的人产生烦恼和不影响附近居民休息。

输电线路可听噪声主观评价结果为：５２．５ｄＢ（Ａ）以下基本无投诉，５２．５￣５９ｄＢ（Ａ）有少量投诉，５９ｄＢ（Ａ）以上有大量投诉。

由于直流线路在晴天产生持续的可听噪声，在一般地区，应将其控制在基本无投诉的水平。

研究表明，当噪声在４０ｄＢ（Ａ）以下时，人可以保持正常睡眠；超过５０ｄＢ（Ａ），约有１５％的人睡眠受到影响。

因此，线路临近民房时应注意控制电晕噪声。

在国际上，直流线路的可听噪声限值一般取４０￣４５ｄＢ（Ａ），如美国取４０￣４５ｄＢ（Ａ）；日本取４０ｄＢ（Ａ）；巴西直流线路走廊边沿取４０ｄＢ（Ａ）。

在确定可听噪声限值时，除考虑噪声的特点、参考国际上的限值外，还应满足国家环境噪声标准。

根据以上结果，建议我国±８００ｋＶ直流线路电晕产生的可听噪声原则上按国家１类区夜间标准［４５ｄＢ（Ａ）］执行。