穿越城区的高压输电线路电磁污染研究

随着社会的进步、人们生活水平的提高和科学技术的发展，各行各业对电力需求迅速增长。为了满足远距离、大容量输电和联网的需要，输电电压不断提高，超高压输电目前已经广泛使用。而输电电压的提高，输电技术在绝缘问题和电磁环境等方面受到更严峻的考验。不必讳言，以往输电线路的绝缘问题没得到更多的重视，而随着人们科技水平的提高，对自己的生存环境越来越重视，也有更多的人对于高压输电线路的电磁环境越来越关注。近年来，国内外媒体对电磁环境污染的报道一直未断，意大利每年有400多名儿童患白血病，专家认为病因是受到严重的电磁污染；美国一癌症医疗基金会对一些病人抽样化验，结果表明在高压线附近工作的人，其癌细胞生长速度比一般人快24倍；我国每年出生的2000万儿童中，有35万为缺陷儿，其中25万智力残缺，有专家认为，电磁污染是影响因素之一。近几年，北京、上海、辽宁等地都直接就高压输电线路对附近居民住的人群是否造成伤害而引发讨论、甚至提起诉讼。本文将对高压输电线路周围的电磁场进行分析和计算，并讨论由此引起的环境污染问题。
    1 分析和计算
    在所有电力设备和输电线路附件存在着工频电场和磁场。在超高压和特高压输电线路的设计中，导线的规格往往是由电晕性能确定的，而不是由载流量来确定的。从经济上考虑，不可能选择过大的导线半径、过多的分列根数和很大的线束直径，而要求采用尽可能高的导线表面电场强度。但过高的场强带来的严重电晕又将引起电晕损耗、电磁骚扰和电磁噪声的增加，而且电场在人和物体上产生感应电，可能引起放电而造成更严重的危害。因此，分析和计算高压输电线路周围的电场强度是十分重要的。
    对于工频交变电场，频率为50Hz，由于其波长远大于所研究场域的几何尺寸，因此可以按静电场模型进行分析和计算。
    导线表面的电场强度主要取决于线路的运行电压、结构尺寸、布线方式等因素。图1所示为一个相距为18m，离地高度为18m的水平排列的线路上，由16根次导线组成的边相分裂导线表面电场强度的分布情况，图示计算结果表明，在线路外侧（α≈100°、α≈200°）场强的数值最大（图中纵坐标为归一化数值）。

     图1典型边相分裂导线表面场强的分布
    输电线周围空间的场强与线路电压、导线的几何位置、布置形式等相关。图2所示为两种典型输电线路的地面电场强度分布曲线。

     图2典型线路场强沿地面分布
    2 高压输电线路造成的环境污染分析
    由于输电电压的提高，必然导致导线表面电场强度以及输电线路及设备周围的空间电场强度均很高，从而会因电晕现象和电场效应引起一系列的环境污染问题，其中主要有强电场对周围生活的人群产生的生理和心理危害，电晕放电产生的电磁骚扰、噪声、空气污染，以及输电设施对周围景致或市容的影响等。
    首先是由静电感应产生的电击。电场能在人和物体上感应电压，在某些情况下，例如处于地电位的人接触对地绝缘的物体时，在接触瞬间，会出现一小火花，同时在接触点（如手指尖）出现一种使人不愉快的刺激感。对于一般的物体，可能仅仅在瞬时放电时有感觉，一旦接触牢固，继续通过的稳态电流将低于人能感觉的临界值。但如果物体的表面积很大（例如停在线路下的特大型车辆），则由于稳态电容电流可能达到几毫安，就会出现痛苦的、甚至是危险的电击。被提出的其它危害还有，放电会引燃象汽油蒸气类的燃料，例如汽车在离线路很近的地方加油时的情况；另外，也可能使某些灵敏设备（例如心脏起博器）的工作受到干扰。  
    随着电压等级的提高，输电线路附近地面的最大电场强度有所增加。这么大的电场强度是否会对人及环境产生不良影响，这是人们十分关心的问题。事实上，在场强较高的区域活动时，人们会产生毛发竖立或皮肤刺激感，甚至在某些情况下会因人体与其它物体间发生火花放电和电击引起明显的刺痛，对于平地站立的人会引起烦恼，对于高空作业而又没有思想准备的人还可能引起坠落事故。除了以上可以直接感受到的效应外，一个更引起普遍关注的问题是，电场长期作用对生态的影响。1972年，前苏联关于超高压变电站工人反映电场对身体有影响的报告在大电网会议上发表后，引起了很大的轰动。十几年来，世界各国对此进行了大量的试验研究。虽然一般认为现有的输电线路下的电场对人体不会有明显的直接影响，但是不少问题还正在继续研究中。为慎重起见，目前对于输电线路走廊和变电所范围的最大场强要给予一定限制；对人员来往频繁的地方或某些特殊场所，则要求采取屏蔽措施以降低场强。
    在导线发生电晕期间，直接包围导线的小体积内的空气中会发生化学反应，这些反应会产生少量臭氧和氮的氧化物，可能有生态学的影响。虽然对一些运行线路作过广泛的测量，证实这些影响并不重要，但对今后电压更高的线路仍应给以注意。另一方面，高压直流线路上发生电晕放电所形成的离子空间电荷，其浓度随着电压升高而增大，它们对人体及生态是否有一定影响，也是人们正在研究的课题。
    电晕影响主要表现为电磁骚扰及噪声。电晕放电产生高频电磁场引起的电磁波将无线电设施的正常接收产生干扰，影响电力线路周围居民无线电广播和电视的收听收看。对于220kV及以下线路，这一干扰已引起重视，随着输电发展到超高压，这种影响更为明显。
    输电线路电晕放电产生的电磁噪声与有同一声压级的一般环境噪声相比，通常更令人厌烦。一些发达国家初期建设的几条500kV和765kV交流线路由于导线表面场强较高，引起的噪声受到附近居民大量地抱怨，只得降压运行，后来更换为大直径的导线。一些研究表明，对于特高压线路，电磁噪声将是选择导线结构、影响费用以及确定输送电压的主要因素。
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