第十章输变电工程的电磁环境

1、第十章第十章 输变电工程的输变电工程的 电磁环境问题电磁环境问题 第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 电力系统对邻近其他设施电力系统对邻近其他设施 的电磁影响的电磁影响 第三节第三节 电力系统工频磁场问题电力系统工频磁场问题 第四节第四节 工频电磁场的生物效应问题工频电磁场的生物效应问题 第一节第一节 概概 述述 电力系统对邻近其他设施如通信设施电力系统对邻近其他设施如通信设施和金属结构等的电磁影响是一个既涉和金属结构等的电磁影响是一个既涉及电磁兼容也涉及电气安全的问题。及电磁兼容也涉及电气安全的问题。 高压架空送电线对环境的污染影响，高压架空送电线对环境的污染影响，一般包括一般包括:工频

2、电场、磁场、无线电骚工频电场、磁场、无线电骚扰和可听噪声四个方面。扰和可听噪声四个方面。高压架空送电线路下的工频电场对处高压架空送电线路下的工频电场对处在场中的人和物会产生两种影响：在场中的人和物会产生两种影响：( 1 ) 对活的有机体的影响，即生态效应。对活的有机体的影响，即生态效应。 ( 2 ) 强电场可能引燃易燃物品及引爆易强电场可能引燃易燃物品及引爆易爆物品。爆物品。 电力系统的工频磁场问题一直受到广泛电力系统的工频磁场问题一直受到广泛关注。关注。鉴于对磁场的安全水平的争论持续存在鉴于对磁场的安全水平的争论持续存在和输电容量的不断扩大，输电线路的设和输电容量的不断扩大，输电线路的设计者

3、正在寻求从技术上和经济上都能接计者正在寻求从技术上和经济上都能接受的削减工频电磁场的措施。受的削减工频电磁场的措施。 几十年来在动物身上进行的体外实验和体几十年来在动物身上进行的体外实验和体内实验结果还不能有效表明架空线等附近内实验结果还不能有效表明架空线等附近的电磁场对健康的危害程度。的电磁场对健康的危害程度。 然而有一些医学家确信电磁场与人类的健然而有一些医学家确信电磁场与人类的健康之间可能存在相互关联。康之间可能存在相互关联。 有人认为输电线路的电场不会对健康构成有人认为输电线路的电场不会对健康构成威胁，而磁场对健康的影响仍需进一步研威胁，而磁场对健康的影响仍需进一步研究，但争论依然存在

4、。究，但争论依然存在。 第二节第二节 电力系统对邻近其他电力系统对邻近其他 设施的电磁影响设施的电磁影响一、一、 电力设施对无线电的电磁骚扰电力设施对无线电的电磁骚扰电力线路和变电设施是无线电设施和电力线路和变电设施是无线电设施和通信线路等的重要骚扰源。通信线路等的重要骚扰源。骚扰主要分为骚扰主要分为无源骚扰无源骚扰和和有源骚扰有源骚扰。 有源骚扰有源骚扰主要是由导线及金具表面主要是由导线及金具表面电晕放电电晕放电和绝缘子因局部场强过高引起和绝缘子因局部场强过高引起火花放电火花放电产生产生，频率范围基本上频率范围基本上30MHz，尤其是尤其是UHF频段。频段。 架空送电线路的无线电骚扰主要是对

5、无线电架空送电线路的无线电骚扰主要是对无线电信号的接收质量产生影响。信号的接收质量产生影响。 ( 一一 ) 无线电骚扰水平无线电骚扰水平 根据我国根据我国110500kV线路的实际情况制定线路的实际情况制定的的GBl57071995高压交流架空送电线高压交流架空送电线无线电骚扰限值无线电骚扰限值见表见表10-1。目前我国各电压等级的送电线路，除高海目前我国各电压等级的送电线路，除高海拔地区外，基本上不超过表中限值。拔地区外，基本上不超过表中限值。表表10-1 无线电骚扰限值无线电骚扰限值 电压电压(kV) 110 220330 500 限值限值(dB) 46 5355( 二二 ) 架空送电线路

6、无线电骚扰的影响架空送电线路无线电骚扰的影响 ( 1 ) 对专业或军用无线电台站的影响对专业或军用无线电台站的影响 自自80年代以来，我国陆续发布了数项对送电线和变年代以来，我国陆续发布了数项对送电线和变电站无线电骚扰进行防护的国家标准。电站无线电骚扰进行防护的国家标准。这些标准的防护距离大大减少，且更具科学性。对这些标准的防护距离大大减少，且更具科学性。对降低电力建设成本十分有利。降低电力建设成本十分有利。如如500kV线路与电视差转台的防护距离已降至线路与电视差转台的防护距离已降至500m。实际上继续减小某些防护距离是可能的，即可以通实际上继续减小某些防护距离是可能的，即可以通过实测和计算

7、分析来确定具体的防护距离。过实测和计算分析来确定具体的防护距离。国内就有不少成功的实测和协调工作，如：青岛彩国内就有不少成功的实测和协调工作，如：青岛彩电中心建设与电中心建设与220kV线路距离问题等。线路距离问题等。( 2 ) 对居民无线电接收的影响对居民无线电接收的影响 对居民无线电接收质量的影响，一般考虑对居民无线电接收质量的影响，一般考虑4个因素：个因素： 无线电骚扰水平无线电骚扰水平 无线电信号强度；无线电信号强度； 信号与骚扰之比信号与骚扰之比(信噪比信噪比)； 线路与接收点的距离。线路与接收点的距离。 ITU推荐的广播信号的最小服务强度如表推荐的广播信号的最小服务强度如表10-

8、-2，这是中国所处地带的情况。，这是中国所处地带的情况。 表表10-2 ITU推荐的广播信号的推荐的广播信号的最小服务强度最小服务强度 频率频率( MHz ) 0.51 1.6信号强度信号强度( dB ) 656057对广播接收质量影响的评价指标是信噪对广播接收质量影响的评价指标是信噪比，比，表表10-3为为CISPR第第18号号出版物规定出版物规定的取值。的取值。CISPR推荐推荐26dB作为评价无线电骚扰影作为评价无线电骚扰影响可接受的信噪比，亦即响可接受的信噪比，亦即当无线电信号当无线电信号强度强度( dB值值 )减去骚扰水平，其差值大减去骚扰水平，其差值大于于26dB就可认为具有就可认

9、为具有满意的接收质量满意的接收质量。 表表10- -3 信噪比的取值判别信噪比的取值判别 ( 信号用平均值检波、骚扰用准峰值信号用平均值检波、骚扰用准峰值 ) 信噪比信噪比( dB ) 判判 别别 40对古典音乐收听完全满意对古典音乐收听完全满意 32对对般收听满意般收听满意 26不易察觉的背景噪声不易察觉的背景噪声 20背景噪声明显背景噪声明显 15背景噪声很明显背景噪声很明显 8很难听懂很难听懂 电视信号频段电视信号频段30MHz，其接收包括其接收包括伴音与图像两个方面，所以电视频段伴音与图像两个方面，所以电视频段骚扰影响的分析比骚扰影响的分析比30MHz以下的骚扰以下的骚扰影响复杂。影响

10、复杂。目前对架空送电线所产生频段骚扰的目前对架空送电线所产生频段骚扰的测量，缺乏足够的可用数据，包括能测量，缺乏足够的可用数据，包括能够获得满意接收质量的最小信噪比。够获得满意接收质量的最小信噪比。另外，另外，电视图像的接收还可能受到无电视图像的接收还可能受到无源骚扰的影响，如图像重影。源骚扰的影响，如图像重影。电视骚电视骚扰问题目前尚处于定性分析阶段。扰问题目前尚处于定性分析阶段。 二、电力系统对邻近金属结构二、电力系统对邻近金属结构的电磁影响的电磁影响 电力系统对邻近其他设施如金属结构的电电力系统对邻近其他设施如金属结构的电磁影响是一个既涉及电磁兼容也涉及电气磁影响是一个既涉及电磁兼容也涉

11、及电气安全的问题。安全的问题。为指导这类问题解决，为指导这类问题解决，1995年国际大电网年国际大电网会议发布了会议发布了 “高压电力系统对金属管线的高压电力系统对金属管线的影响导则影响导则”。该导则提供了电力系统对平行于输电线路该导则提供了电力系统对平行于输电线路的具有简单结构的金属管线阻性和感性耦的具有简单结构的金属管线阻性和感性耦合电磁影响的计算方法和计算公式。合电磁影响的计算方法和计算公式。 (一一) 变电站故障时对邻近复杂金属管线变电站故障时对邻近复杂金属管线的电磁影响的电磁影响 当变电站出现当变电站出现故障故障的情况下，变电站的情况下，变电站邻近的邻近的金属结构上会感应出过电压和过

12、电流，金属结构上会感应出过电压和过电流，并并沿沿着着金属结构向前传播有时可达金属结构向前传播有时可达数百米数百米，这些，这些骚扰信号可对骚扰信号可对人员人员、金属、金属结构本身结构本身或与之相或与之相连的连的设备设备构成构成威胁威胁。 图图10-0-2 某邻近有金属管网的某邻近有金属管网的变电站示意图变电站示意图图图10- -1 邻近有金属管网的变邻近有金属管网的变电站示意图电站示意图当变电站出现故障的情况下，金属结构当变电站出现故障的情况下，金属结构上的电磁骚扰来源有两个渠道：上的电磁骚扰来源有两个渠道： 1. 进入变电站的故障相线上的电流通过进入变电站的故障相线上的电流通过感性耦合方式在金

13、属管线上形成骚扰；感性耦合方式在金属管线上形成骚扰； 2. 故障电流流入变电站接地网时引起地故障电流流入变电站接地网时引起地电位升高通过阻性耦合方式在金属管线电位升高通过阻性耦合方式在金属管线上形成骚扰。上形成骚扰。 (二二) 变电站接地网对附近建筑物接地网和直变电站接地网对附近建筑物接地网和直埋金属管道的阻性耦合骚扰埋金属管道的阻性耦合骚扰 随着电力工业的飞速发展，电压等级不断提高，电随着电力工业的飞速发展，电压等级不断提高，电网输送容量逐步增大，电力系统故障发生后，经变网输送容量逐步增大，电力系统故障发生后，经变电站电站接地网散流的故障电流越来越大接地网散流的故障电流越来越大。 城市变电站

14、接地网城市变电站接地网对附近对附近建筑物接地网和地下直埋建筑物接地网和地下直埋金属管道的阻性耦合金属管道的阻性耦合问题，日益成为人们关心的问问题，日益成为人们关心的问题。题。研究变电站接地网附近的建筑物接地网和直埋金属研究变电站接地网附近的建筑物接地网和直埋金属管道的地电位升高，并以此为依据提出必要的防护管道的地电位升高，并以此为依据提出必要的防护措施，可为城市变电站接地网设计和城市规划提供措施，可为城市变电站接地网设计和城市规划提供一定的理论依据。一定的理论依据。 变电站接地网简称主地网，建筑物接地网简变电站接地网简称主地网，建筑物接地网简称小接地网，直埋金属管道简称管道。称小接地网，直埋金

15、属管道简称管道。 相应的防护措施有：如果要相应的防护措施有：如果要降低主接地降低主接地网网电位，应该采用按图电位，应该采用按图10-6(a)布置方式，即采布置方式，即采用联络导体连接的方案；用联络导体连接的方案；如果要如果要降低小接地网电位降低小接地网电位，应采用按图，应采用按图10-6(b)布置方式。布置方式。图图10- -6 管道与接地网布置管道与接地网布置( 三三 ) 输电线路对地面上的金属管线的输电线路对地面上的金属管线的电磁影响电磁影响 典型的典型的500kV和和220kV输电线路分别如输电线路分别如图图10-7和图和图10-8所示。所示。它们在正常和故障情况下均可通过电它们在正常和

16、故障情况下均可通过电场和磁场的综合作用对地面上的金属场和磁场的综合作用对地面上的金属裸管线或具有绝缘外皮金属管线上产裸管线或具有绝缘外皮金属管线上产生感应电压。生感应电压。 图图10-0-7 典型的典型的220kV 输电线路杆塔输电线路杆塔图图10-0-8 典型的典型的500kV 输电线路杆塔输电线路杆塔图图10- -10 金属管线两端部金属管线两端部合成感应电压与输电线杆合成感应电压与输电线杆塔中心距离的关系塔中心距离的关系图图10- -9 高压输电线路高压输电线路旁的金属管线旁的金属管线结论结论: : ( 1) 当金属管线离输电线路较近时由电场引起的感应当金属管线离输电线路较近时由电场引起

17、的感应电压较高，而较远时，由磁场引起的感应电压占电压较高，而较远时，由磁场引起的感应电压占主导地位。主导地位。 ( 2 ) 由磁场引起的感应电压在电网正常运行状态下由磁场引起的感应电压在电网正常运行状态下很低，可以忽略，而在短路条件该类电压较高。很低，可以忽略，而在短路条件该类电压较高。 ( 3 ) 金属管线上的绝缘护套对由电场引起的感应电金属管线上的绝缘护套对由电场引起的感应电压影响很小。压影响很小。 ( 4 ) 对于双回输电线路来说，金属管线上的最大感对于双回输电线路来说，金属管线上的最大感应电压出现在双回线的排列相序相同时。应电压出现在双回线的排列相序相同时。 三、电力电缆短路故障时对直

18、埋通三、电力电缆短路故障时对直埋通信线路和金属管线的电磁影响信线路和金属管线的电磁影响 地下电力电缆发生缆芯对护套短路故障时，地下电力电缆发生缆芯对护套短路故障时，线路上的电流一部分在故障点经过变电站线路上的电流一部分在故障点经过变电站的接地体流入大地，另一部分通过护套流的接地体流入大地，另一部分通过护套流入大地或返回始端电源中性点。入大地或返回始端电源中性点。流过护套的电流可能会在其附近通信线上流过护套的电流可能会在其附近通信线上耦合出高于通信线正常工作电压时的纵向耦合出高于通信线正常工作电压时的纵向感应电动势，也可在金属管线上产生感应感应电动势，也可在金属管线上产生感应电压。电压。 图图1

19、0-0-11 电力电缆通信线和金属管道的位置示意图电力电缆通信线和金属管道的位置示意图随着通信线不断远离电力电缆，它上面的纵向感应随着通信线不断远离电力电缆，它上面的纵向感应电势越来越小。电势越来越小。 和通信线相似，金属管道上也会产生纵向感应电势，和通信线相似，金属管道上也会产生纵向感应电势，且随着金属管道逐渐远离电力电缆而逐渐减小。且随着金属管道逐渐远离电力电缆而逐渐减小。 随着变电站接地电阻的不断增加，通信线上面的纵随着变电站接地电阻的不断增加，通信线上面的纵向感应电势越来越小。向感应电势越来越小。这是因为：随着变电站接地电阻的不断增加，一方这是因为：随着变电站接地电阻的不断增加，一方面

20、，它对缆芯电流起到限制作用增大；另一方面，面，它对缆芯电流起到限制作用增大；另一方面，流过变电站接地电阻的分流减小，而流回护套的分流过变电站接地电阻的分流减小，而流回护套的分流增加，由于护套上的电流始终与缆芯上的电流反流增加，由于护套上的电流始终与缆芯上的电流反向，屏蔽作用增强，从而使通信线的感应电势下降。向，屏蔽作用增强，从而使通信线的感应电势下降。 四、高压架空输电线路对通信四、高压架空输电线路对通信线路的工频骚扰线路的工频骚扰 (一一) 同塔双回输电线相线排列方同塔双回输电线相线排列方 式与其电磁骚扰的关系式与其电磁骚扰的关系 对于三相对称运行的输电线，当通信线距电对于三相对称运行的输电

21、线，当通信线距电力线的距离大于三相电力线间距的若干倍时，力线的距离大于三相电力线间距的若干倍时，电磁骚扰非常微弱。电磁骚扰非常微弱。然而，两线路近距离并行架设，甚至交叉的然而，两线路近距离并行架设，甚至交叉的情况在当今线路走廊选取中往往难以避免；情况在当今线路走廊选取中往往难以避免；另外，电力系统本身的通信及信号线或光缆另外，电力系统本身的通信及信号线或光缆会与电力线放置于同一杆塔上，既使三相电会与电力线放置于同一杆塔上，既使三相电力线进行良好换位，其电磁骚扰影响仍比较力线进行良好换位，其电磁骚扰影响仍比较严重。严重。 ( 1 ) 单回线电磁骚扰相位小于单回线电磁骚扰相位小于60定理定理 单回

22、线电磁骚扰的相量分析是双回线总骚扰单回线电磁骚扰的相量分析是双回线总骚扰分析的基础，因为双回线的总骚扰为各单回分析的基础，因为双回线的总骚扰为各单回线骚扰量的相量和。线骚扰量的相量和。先分析图先分析图10-16所示的双回线路第一回线对其所示的双回线路第一回线对其下面通信线下面通信线( 如如M1和和M2点点 )的电磁骚扰相量。的电磁骚扰相量。图图10-17为各相线骚扰与总骚扰为各相线骚扰与总骚扰F的相量分析的相量分析示意图示意图( F可以为容性耦合电压或感性耦合电可以为容性耦合电压或感性耦合电动势动势 )。 图图10-16 10-16 双回线与双回线与 图图10-17 10-17 第第1 1回线

23、各相回线各相 通信线结构示意图通信线结构示意图 干扰与总干扰的相量分析干扰与总干扰的相量分析从图从图10-17可以看出，随着可以看出，随着M线从靠近电力线从靠近电力线处向远离电力线的方向移动，总骚扰相量线处向远离电力线的方向移动，总骚扰相量F将沿图中曲线轨迹顺时针移动，当将沿图中曲线轨迹顺时针移动，当M线趋线趋于无限远时，三相骚扰对称，总骚扰趋于零，于无限远时，三相骚扰对称，总骚扰趋于零，角的绝对值趋于角的绝对值趋于60。由此可见，总骚扰。由此可见，总骚扰相量的幅角为相量的幅角为0| 60。此为一条重要定理，其一般描述为：设单回此为一条重要定理，其一般描述为：设单回线各相线的排列方式从下至上为

24、线各相线的排列方式从下至上为X1、X2和和X3，其对下方，其对下方M线的总骚扰相量的相位一定线的总骚扰相量的相位一定在从在从X1相的骚扰相量开始，相的骚扰相量开始，向向X2相骚扰相相骚扰相量方向旋转量方向旋转60的范围内的范围内。( 2 ) 双回线相线排列关系正确选择双回线相线排列关系正确选择饼图饼图若第若第2回线各相线排列顺序与第回线各相线排列顺序与第1回回线相同，则第线相同，则第2回线总骚扰相量的回线总骚扰相量的相位也一定在相位也一定在060范围内。范围内。特别地，当特别地，当M线位于两回线的中垂线位于两回线的中垂线上线上( 如图如图10-16中中M1点点 )时，两回时，两回线骚扰相量的相

25、位同相，两回线骚线骚扰相量的相位同相，两回线骚扰矢量和的幅值最大。扰矢量和的幅值最大。 图图10- -18 不同相线排列方式下单回线骚扰相量不同相线排列方式下单回线骚扰相量相位范围及双回线相线排列关系正确选择饼图相位范围及双回线相线排列关系正确选择饼图由图由图10-18可以看出：可以看出：若第若第1回线回线为为A1B1Cl形式排列，则第形式排列，则第2回线采用回线采用C2B2A2排列时总骚扰最小，排列时总骚扰最小，因两回线骚扰的相位差最大；因两回线骚扰的相位差最大；显然，第显然，第2回线采用回线采用A2B2C2形式排列，形式排列，则双回总骚扰最大。则双回总骚扰最大。 图中任意两种相位范围位置相

26、对图中任意两种相位范围位置相对(接近接近180)的布线组合均为双回线相导线的布线组合均为双回线相导线的相序最佳排列方式。的相序最佳排列方式。不同最佳组合的总骚扰大小一定相同，不同最佳组合的总骚扰大小一定相同，尽管总骚扰的相位会不同。尽管总骚扰的相位会不同。因此，图因此，图10-18给出的饼图为双回线给出的饼图为双回线相序最佳排列确定方法相序最佳排列确定方法图图从饼图可以看出从饼图可以看出: A、正确选择双回线导线相序放置可以明显减小其电、正确选择双回线导线相序放置可以明显减小其电磁骚扰。磁骚扰。 B、在正确排列双回线导线的情况下，双回运行时的、在正确排列双回线导线的情况下，双回运行时的电磁骚扰

27、小于单回运行的骚扰；电磁骚扰小于单回运行的骚扰； C、具有相同高度的、具有相同高度的M线，位于两回线中间位置时所受线，位于两回线中间位置时所受的骚扰一定小于位于偏离中心且未明显超出杆塔横的骚扰一定小于位于偏离中心且未明显超出杆塔横担长度范围内时的骚扰。然而，若采取不正确的相担长度范围内时的骚扰。然而，若采取不正确的相同相序排列，则情况相反。同相序排列，则情况相反。 因此，对于双回线架设在同一杆塔两侧，且三相导因此，对于双回线架设在同一杆塔两侧，且三相导线竖直放置的情况，相导线排列方式应为线竖直放置的情况，相导线排列方式应为中间同相中间同相，上下反相上下反相，如，如AlBlCl与与C2B2A2。

28、 (二二) 高压输电线路在铁塔周围三维电场高压输电线路在铁塔周围三维电场的分布的分布 考虑到实际测量的困难，使用数值计算方法考虑到实际测量的困难，使用数值计算方法将铁塔、铁塔接地系统、输电线路和避雷线将铁塔、铁塔接地系统、输电线路和避雷线同时考虑后可求出铁塔周围的电场分布。同时考虑后可求出铁塔周围的电场分布。实际工程中某典型的实际工程中某典型的500kV直线铁塔示意图直线铁塔示意图如图如图10-19所示，图所示，图10-20为图为图10-19中的中的铁塔的三维工频电场分布。图铁塔的三维工频电场分布。图10-21为图为图10-19中铁塔周围电场瞬时值的分布中铁塔周围电场瞬时值的分布。 图图10-

29、 -19 典型的典型的500kV直线铁塔示意图直线铁塔示意图图图10- -20 铁塔周围的工频电铁塔周围的工频电场分布场分布图图10- -21 铁塔周围的瞬时电铁塔周围的瞬时电场分布场分布从图从图10-20和图和图10-21中可以看到，中可以看到，对于每一相，在对于每一相，在x方向有很低的等电方向有很低的等电场强度线沿竖直方向穿越分裂导线，场强度线沿竖直方向穿越分裂导线，在在z方向有很低的等电场强度线沿水方向有很低的等电场强度线沿水平方向穿越分裂导线平方向穿越分裂导线； 从图从图10-20中还可以看出中还可以看出，y方向的电场强度方向的电场强度均远远小于其它两个方向。均远远小于其它两个方向。当

30、给定当给定ADSS光缆所能承受的最高电场值以光缆所能承受的最高电场值以后，从图后，从图10-20和图和图10-21中可以找到铁塔周中可以找到铁塔周围留有一定裕度的低于给定电场值的区域，围留有一定裕度的低于给定电场值的区域，也就是悬挂也就是悬挂ADSS光缆的安全位置；同时图光缆的安全位置；同时图10-20和图和图10-21所给的电场分布也为带电作所给的电场分布也为带电作业的安全防护提供了一定的理论依据。业的安全防护提供了一定的理论依据。 ( 三三 ) 全介质自承式光缆全介质自承式光缆( ADSS )的的电蚀现象电蚀现象 全介质自承式光缆全介质自承式光缆( ADSS )通常应通常应能抵制这些不良环

31、境的侵害作用，能抵制这些不良环境的侵害作用，而这种抵御作用主要依靠防护套来而这种抵御作用主要依靠防护套来实现实现。 研究认为：影响研究认为：影响ADSS光缆保护型护套的主光缆保护型护套的主要因素是输电线路杆塔上各种光缆夹具对要因素是输电线路杆塔上各种光缆夹具对ADSS光缆端部的火花式电晕放电。光缆端部的火花式电晕放电。该放电会沿火花电晕放电的方向在夹具处的该放电会沿火花电晕放电的方向在夹具处的护套上形成不同程度的白色沉淀物，从而造护套上形成不同程度的白色沉淀物，从而造成光缆护套的破坏成光缆护套的破坏( 这种现象称为这种现象称为全介质自全介质自承式光缆的电蚀现象承式光缆的电蚀现象)。而出现在光缆

32、夹具等处的火花式电晕放电所而出现在光缆夹具等处的火花式电晕放电所需场强通常是光缆许可场强的倍左右。需场强通常是光缆许可场强的倍左右。ADSS光缆应选择在场强不超过光缆应选择在场强不超过ADSS光缆光缆倍许可场强的区域内悬挂，并注意悬挂点倍许可场强的区域内悬挂，并注意悬挂点的位置。的位置。对于单回输电线路的杆塔，光缆应悬挂在中对于单回输电线路的杆塔，光缆应悬挂在中相下方的铁塔处；对于双回输电线路的杆塔，相下方的铁塔处；对于双回输电线路的杆塔，在正确选择双回线导线相序的条件下，光缆在正确选择双回线导线相序的条件下，光缆应悬挂在位于两回线中间位置的铁塔处。应悬挂在位于两回线中间位置的铁塔处。另外在光

33、缆的螺旋状夹具的末端处安装保护另外在光缆的螺旋状夹具的末端处安装保护型的屏蔽能够降低此处的电场强度，从而保型的屏蔽能够降低此处的电场强度，从而保证光缆的长期安全运行。证光缆的长期安全运行。 五、架空输电线路对居民房屋五、架空输电线路对居民房屋的影响的影响 为研究架空输电线路对居民房屋的影响，为研究架空输电线路对居民房屋的影响，我国曾在我国曾在500kV平武线下建造了一幢真平武线下建造了一幢真型砖混结构试验用民房，对房屋周围、型砖混结构试验用民房，对房屋周围、屋内、阳台和房顶电场的大小及分布规屋内、阳台和房顶电场的大小及分布规律进行了测试。律进行了测试。 这幢民房具有华东地区主要民房特点，分一层

34、平顶这幢民房具有华东地区主要民房特点，分一层平顶房、两层楼平顶房和两层楼尖顶房三种，位于线路房、两层楼平顶房和两层楼尖顶房三种，位于线路正下方。试验结论为：正下方。试验结论为： ( 1 ) 由于房屋的屏蔽作用，在房屋周围约由于房屋的屏蔽作用，在房屋周围约8m的范围内，的范围内，场强都有不同程度的降低，屋内场强为场强都有不同程度的降低，屋内场强为0.020.17kV/m，是无房屋时地面场强的，是无房屋时地面场强的3%以下，与家用以下，与家用电器设备附近的场强同一数量级；电器设备附近的场强同一数量级；( 2 ) 二层楼尖顶房房顶上方离屋面二层楼尖顶房房顶上方离屋面0.5m处的场强为处的场强为121

35、8kV/m，是无房屋时地面场强的，是无房屋时地面场强的3.74倍；倍； ( 3 ) 阳台上的场强最大值为无房屋时地面场强的阳台上的场强最大值为无房屋时地面场强的l.8倍，倍，局部最大达局部最大达9kV/m。 六、工频电场对交通安全的影响六、工频电场对交通安全的影响 ( 一一 ) 工频电场对公路交通安全的影响工频电场对公路交通安全的影响 ( 1 ) 公路上工频电场对易燃物品的引燃危险公路上工频电场对易燃物品的引燃危险 为了把高压输电线下静电感应产生的电击为了把高压输电线下静电感应产生的电击限制到允许程度，输电线跨越公路时的电限制到允许程度，输电线跨越公路时的电场限值不同国家的规定是不同的，表场限

36、值不同国家的规定是不同的，表10-410-4给出了四个国家规定的电场限给出了四个国家规定的电场限值。值。 表表10-4 不同国家超高压线路跨越公路的不同国家超高压线路跨越公路的允许场强值允许场强值 国家名国家名 前苏联前苏联 捷捷 克克 美美 国国 中中 国国 场强限场强限值值kV/m 101077按照表按照表10-4限值设计的高压线路，人限值设计的高压线路，人们在线下或跨越处接触对地绝缘的车辆，们在线下或跨越处接触对地绝缘的车辆，仍会产生火花放电并伴随着产生电击。仍会产生火花放电并伴随着产生电击。 这种火花放电能否引燃输电线下象汽油这种火花放电能否引燃输电线下象汽油蒸汽这样的易爆物蒸汽这样的

37、易爆物?不少国家对此做过不少国家对此做过专门的试验。专门的试验。 根据研究报告。为防止汽油蒸汽被引燃，对根据研究报告。为防止汽油蒸汽被引燃，对于于765kV线路来说，大型汽车的安全距离为线路来说，大型汽车的安全距离为距边相外侧距边相外侧25m，相应的电场强度为，相应的电场强度为2kV/m。 美国邦维尔电力管理局发表的报告认为美国邦维尔电力管理局发表的报告认为“作作为一项谨慎的预防措施，汽车加油时应离开为一项谨慎的预防措施，汽车加油时应离开高压输电线路至少高压输电线路至少21m，按，按500kV输电线路输电线路边相地面投影外侧边相地面投影外侧21m处计算得到该处电场处计算得到该处电场强度为强度为

38、1.52kV/m。 1985年国际大电网会议中提到：年国际大电网会议中提到：“有一有一些成员国规定电场强度些成员国规定电场强度超过超过2kV/m的地的地方方不允许不允许建造加油站建造加油站”，“有一些国家有一些国家规定加油站离应离开规定加油站离应离开500kV输电线路一输电线路一定的距离定的距离( 如如60m )”。 综合上述研究可以认为，电场强度综合上述研究可以认为，电场强度2kV/m的地方的地方不会不会因为汽车加油引燃因为汽车加油引燃汽油蒸汽汽油蒸汽。 ( 2 ) 公路上工频电场对行人的影响公路上工频电场对行人的影响 日本曾用伞在试验线路下和实验室中做了日本曾用伞在试验线路下和实验室中做了

39、大量电击感受试验，认为场强为大量电击感受试验，认为场强为3kV/m时，时，打伞经过线下，由此产生的电击给人造成打伞经过线下，由此产生的电击给人造成的不舒服感是可以接受的；的不舒服感是可以接受的；但当场强增至但当场强增至4kV/m时，这种电击将使人时，这种电击将使人疼痛并产生惊慌感，为此疼痛并产生惊慌感，为此取取3kV/m作为跨作为跨越公路的允许最大场强越公路的允许最大场强。 1976年我国在试验线路下也做了各种暂态电年我国在试验线路下也做了各种暂态电击试验，被试人员击试验，被试人员138人，共中人，共中8名妇女，试名妇女，试验内容为：雨天、晴天打伞，脚踝接触接地验内容为：雨天、晴天打伞，脚踝接

40、触接地细金属线和食指碰接地金属棒。细金属线和食指碰接地金属棒。试验结果表明场强为试验结果表明场强为3kV/m时，雨天打伞被时，雨天打伞被试的全体人员都能感觉到，其中试的全体人员都能感觉到，其中24的人感的人感到烦恼；脚踝碰细导线的试验，有到烦恼；脚踝碰细导线的试验，有86的人的人能感觉到，其中有烦恼的人也占能感觉到，其中有烦恼的人也占24，他们，他们认为一般人能感觉到的暂态电击水平为认为一般人能感觉到的暂态电击水平为2.7kV/m。 ( 二二 ) 工频电场对铁路运输的影响工频电场对铁路运输的影响 火车车厢通过车轮和铁轨有较好的电连接，火车车厢通过车轮和铁轨有较好的电连接，不会发生车厢对地放电的

41、问题，因此输电不会发生车厢对地放电的问题，因此输电线路跨越铁路没有工频电场限值要求。导线路跨越铁路没有工频电场限值要求。导线对地距离仅取决于绝缘要求。线对地距离仅取决于绝缘要求。以以500kV线路为例，跨越铁路的距离一般线路为例，跨越铁路的距离一般为为1314m。计算得到跨越处离地。计算得到跨越处离地1 4m的电场强度的电场强度约为约为7kV/m左右。长期运行实左右。长期运行实践证明：在该电场作用下，对通过载有易践证明：在该电场作用下，对通过载有易燃易爆货物的列车不存在引燃的危险燃易爆货物的列车不存在引燃的危险。 ( 三三 ) 工频电场对船舶航运安全的影响工频电场对船舶航运安全的影响 当船舶经

42、过跨越船闸的高压输电线路时，由于船当船舶经过跨越船闸的高压输电线路时，由于船体在水中自然保持和江水相同电位，不会发生船体在水中自然保持和江水相同电位，不会发生船体对江水放电的问题体对江水放电的问题。由于船体桅杆高出水面很多，当满足导线对桅杆由于船体桅杆高出水面很多，当满足导线对桅杆绝缘距离要求后，导线对江面的距离将大大高于绝缘距离要求后，导线对江面的距离将大大高于线路跨越公路和铁路时的距离，按此决定的线下线路跨越公路和铁路时的距离，按此决定的线下电场也将比跨越公路和铁路时大为减小。电场也将比跨越公路和铁路时大为减小。我国已运行的四个我国已运行的四个500kV跨江工程。长期运行以跨江工程。长期运

43、行以来，没有听到有关影响航运安全的反映。来，没有听到有关影响航运安全的反映。 不存在对载有易燃易爆物的船舶通过跨越船不存在对载有易燃易爆物的船舶通过跨越船闸的线路时，因工频电场引燃引爆的危险。闸的线路时，因工频电场引燃引爆的危险。 当旅游船停在跨越船闸的输电线路下等候过当旅游船停在跨越船闸的输电线路下等候过闸的期间，游客在游船甲板上观看船闸景观，闸的期间，游客在游船甲板上观看船闸景观，船甲板上的游客不会出现任何不舒服感船甲板上的游客不会出现任何不舒服感。 但当游客在游船顶层露天平台上观看风景时，但当游客在游船顶层露天平台上观看风景时，情况会大有不同，此时游客直接暴露在工频情况会大有不同，此时游

44、客直接暴露在工频电场下，加之船体对该处电场的畸变，人体电场下，加之船体对该处电场的畸变，人体实际承受的电场将比该处未畸变场高很多。实际承受的电场将比该处未畸变场高很多。 如果游客穿的鞋是导电的，这样人和船体处于如果游客穿的鞋是导电的，这样人和船体处于同一电位，人在平台上相互接触或触摸船体不同一电位，人在平台上相互接触或触摸船体不会有任何电击感。会有任何电击感。 穿绝缘好的鞋的人在电场作用下将感应一高电穿绝缘好的鞋的人在电场作用下将感应一高电位，当他接触和船体同电位的人时，相互间将位，当他接触和船体同电位的人时，相互间将有电击感。有电击感。 在阳光或小雨天，游客在平台上打伞观光，伞在阳光或小雨天

45、，游客在平台上打伞观光，伞上将感应出一较高电位，并将出现明显电击感。上将感应出一较高电位，并将出现明显电击感。 因此有必要对过闸游船上采取局部防护措施，因此有必要对过闸游船上采取局部防护措施，如禁止游客上顶层甲板平台，并在此时可设专如禁止游客上顶层甲板平台，并在此时可设专人值班，这样架空线下工频电场的静电感应才人值班，这样架空线下工频电场的静电感应才不至于影响船上旅客的安全。不至于影响船上旅客的安全。 七、送电线路产生的可听噪声七、送电线路产生的可听噪声 对送电线路因电晕产生的可听噪声是对送电线路因电晕产生的可听噪声是500kV以上电压等级才出现的问题。以上电压等级才出现的问题。 电晕放电产生

46、宽带噪声，含有区别于普通电晕放电产生宽带噪声，含有区别于普通环境噪声的高频分量，这种噪声具有环境噪声的高频分量，这种噪声具有碎裂、碎裂、兹兹声兹兹声的特点，其频带可扩展到声频以外的特点，其频带可扩展到声频以外的频段上，叠加在低频嗡嗡的交流声上的频段上，叠加在低频嗡嗡的交流声上。 这种可听噪声与气象条件密切相关，在雨、这种可听噪声与气象条件密切相关，在雨、雾、雪等恶劣天气下，导线上大量分布着雾、雪等恶劣天气下，导线上大量分布着电晕源，从而产生较大噪声水平。电晕源，从而产生较大噪声水平。 研究表明，送电线路的可听噪声比交通噪声研究表明，送电线路的可听噪声比交通噪声更令人讨厌，而且在比普通公共噪声低

47、更令人讨厌，而且在比普通公共噪声低10dB左右时，与睡眠者获得的唤醒概率相同。左右时，与睡眠者获得的唤醒概率相同。 有研究认为：特高压线路的可听噪声水平应有研究认为：特高压线路的可听噪声水平应控制在控制在5658dB之内比较合适之内比较合适。 第三节第三节 电力系统工频磁场问题电力系统工频磁场问题 高电压和大容量是近年来电力系统发展高电压和大容量是近年来电力系统发展的趋势，电力系统设备所处的电磁环境的趋势，电力系统设备所处的电磁环境发生了很大的变化。发生了很大的变化。目前，从供电可靠性和电磁兼容的观点目前，从供电可靠性和电磁兼容的观点出发，超低频电磁环境问题引起了人们出发，超低频电磁环境问题引

48、起了人们的注意，电力系统的工频电磁场问题受的注意，电力系统的工频电磁场问题受到广泛的关注到广泛的关注。 一、变电站中的工频磁场分布一、变电站中的工频磁场分布 由于电力系统采用三相式输电，且由于电力系统采用三相式输电，且线路和设备的三维布置方式，电力线路和设备的三维布置方式，电力系统设备周围的磁场分布很复杂，系统设备周围的磁场分布很复杂，对该类问题通常采用现场实验和数对该类问题通常采用现场实验和数值计算结合的方法进行研究值计算结合的方法进行研究。国外有人曾对一个国外有人曾对一个500kV/275kV户外变电站户外变电站的每相线路电流和高于地面的每相线路电流和高于地面1米处的工频磁米处的工频磁场进

49、行了场进行了24小时的同时测量和定量评估，该小时的同时测量和定量评估，该变电站内高于地面变电站内高于地面1米处典型的工频磁通密米处典型的工频磁通密度在度在2T到到20T之间。之间。该变电站的布置示意图如图该变电站的布置示意图如图10-22所示，变电所示，变电站有条站有条500kV和条和条275kV的双回线路，的双回线路，导体布置较复杂导体布置较复杂。 图图10- -22 某某500kV/ /275kV变电站变电站布置示意图布置示意图利用电流互感器对条线路和台变利用电流互感器对条线路和台变压器副边的三相线路电流幅值、基频压器副边的三相线路电流幅值、基频相角和谐波进行了测量，典型的测量相角和谐波进

50、行了测量，典型的测量结果如表结果如表10-6和图和图10-23所示。所示。三相电流的不平衡度在三相电流的不平衡度在15%之间，之间，每条线路电流的谐波成份不超过每条线路电流的谐波成份不超过5% 。从图从图10-23可看出每条线路电流随时间可看出每条线路电流随时间的变化规律完全不同。的变化规律完全不同。 表表10-6 线路电流有效值范围线路电流有效值范围 输电线输电线路路 电流有效值电流有效值A 输电线路输电线路 电流有效值电流有效值 A TL-1 300600 1B副边副边 400900 TL-2100200 2B副边副边 400850 TL-3500650 3B副边副边 380900 TL-

51、45001300 *500kV母线母线 100400 TL-54001000 *275kV母线母线 20003000 TL-627003500 *由基尔霍夫定理估算值由基尔霍夫定理估算值三维磁场分布的测量点选在图三维磁场分布的测量点选在图10-22中中P点和点和Q点点，并沿着通道并沿着通道#MB进行测量，所有测量点距离地面进行测量，所有测量点距离地面的高度均为米，测量结果如图的高度均为米，测量结果如图10-24、10-25和和10-26所示。所示。 从图从图10-23( a ) 和和10-24( a )可以看出可以看出，在，在P点三维点三维磁场强度磁场强度( Bx、By、Bz )随时间的变化规

52、律与第随时间的变化规律与第3条线路条线路( TL-3 )中线电流随时间的变化规律的对应中线电流随时间的变化规律的对应一致性很强。一致性很强。 图图10-24( b )给出了给出了P点三维磁场强度与距离最近点三维磁场强度与距离最近的第的第3条线路中第一回线路的边相相条线路中第一回线路的边相相( TL-3 1L 相相 )中线电流的关系，从图中可看出它们具有中线电流的关系，从图中可看出它们具有很强的线性相关性。很强的线性相关性。图中图中P点三维磁场强度的分点三维磁场强度的分散性是由于它们受其他线路电流的影响。散性是由于它们受其他线路电流的影响。 图图10-23 10-23 电流幅值随时间变化曲线电流

53、幅值随时间变化曲线图图10-24 P10-24 P点处磁场强度的测量结果点处磁场强度的测量结果从图从图10-25中可看出中可看出y方向的磁场强度方向的磁场强度By、z方向方向的磁场强度的磁场强度Bz均有两条与变压器副边电流的相关均有两条与变压器副边电流的相关性曲线；而性曲线；而x方向的磁场强度方向的磁场强度Bx只有一条与变压只有一条与变压器副边电流的相关性曲线。器副边电流的相关性曲线。图图10-25( b )表明除了电力系统的布置方式和线表明除了电力系统的布置方式和线路电流之外，设备的运行状态也是影响设备旁边路电流之外，设备的运行状态也是影响设备旁边的磁场分布的重要因素。的磁场分布的重要因素。

54、 从从10-26图中可以看出计算值与测量值的一致性图中可以看出计算值与测量值的一致性很强，这说明可以通过线路电流的测量结果及由很强，这说明可以通过线路电流的测量结果及由此推出的母线电流分布再利用此推出的母线电流分布再利用Biot-Savart定律定律来准确地计算变电站内工频磁场的分布。来准确地计算变电站内工频磁场的分布。 图图10-27中磁通密度的等值线每间隔中磁通密度的等值线每间隔2T画条，从图中可以看出画条，从图中可以看出275kV单元内单元内的磁通密度大约为的磁通密度大约为220T，远大于，远大于500kV单元内的磁通密度，这是由于单元内的磁通密度，这是由于275kV母线电流较大的缘故。

55、母线电流较大的缘故。另外另外275kV单元内的磁场分布的变化梯单元内的磁场分布的变化梯度比度比500kV单元内的磁场分布的变化梯单元内的磁场分布的变化梯度大度大。 图图10-25 Q10-25 Q点处磁场强度点处磁场强度的测量结果的测量结果图图10-26 10-26 通道通道#MB磁场磁场Bx分布的测量分布的测量值与计算值比较值与计算值比较图图10-27 10-27 整个整个500kV/ /275kV变电站中磁场变电站中磁场Bx分布的计算值分布的计算值二、输电线路走廊边缘处工频二、输电线路走廊边缘处工频磁场的减缓技术磁场的减缓技术 鉴于架空输电线路产生的电磁场对健鉴于架空输电线路产生的电磁场对

56、健康的影响问题的争论依然存在和输电康的影响问题的争论依然存在和输电容量的不断扩大，有必要采取从技术容量的不断扩大，有必要采取从技术上和经济上都能接受的工频电磁场削上和经济上都能接受的工频电磁场削减措施。减措施。 为减小为减小ROW的工频磁场，可采用在输电线的工频磁场，可采用在输电线路附近安装无源回路和有源回路的工频磁路附近安装无源回路和有源回路的工频磁场减缓技术。场减缓技术。 针对输电线路三相导体水平布置的情况，针对输电线路三相导体水平布置的情况，可以通过架设平行于输电线路的无源回路可以通过架设平行于输电线路的无源回路或有源回路抑制或有源回路抑制ROW的工频磁场。的工频磁场。在无源回路中，可分

57、别采用直接通过回路在无源回路中，可分别采用直接通过回路感应电流的工频磁场减缓技术和在回路中感应电流的工频磁场减缓技术和在回路中串联补偿电容利用谐振减小回路阻抗增大串联补偿电容利用谐振减小回路阻抗增大回路感应电流的工频磁场减缓技术。回路感应电流的工频磁场减缓技术。 下面简要介绍其原理。下面简要介绍其原理。 减缓减缓ROW边缘的工频磁场的方法之边缘的工频磁场的方法之一是在输电线路和一是在输电线路和ROW边缘之间架边缘之间架设两条平行于输电线路的低绝缘等设两条平行于输电线路的低绝缘等级架空屏蔽导线，该两条屏蔽导线级架空屏蔽导线，该两条屏蔽导线在屏蔽区域的两端相连在一起形成在屏蔽区域的两端相连在一起形

58、成闭合屏蔽环路闭合屏蔽环路(见图见图10-28) 图图10- -28 屏蔽环路结构屏蔽环路结构示意图示意图(a) 俯视图俯视图 (b) 正视图正视图由于闭合屏蔽环路在输电线路的磁由于闭合屏蔽环路在输电线路的磁场作用下会产生感应电流，而该感场作用下会产生感应电流，而该感应电流产生的磁场会部分地抵消输应电流产生的磁场会部分地抵消输电线路的磁场。电线路的磁场。 闭合屏蔽环路中的电阻和感抗影响闭合屏蔽环路中的电阻和感抗影响着电流的大小和相位着电流的大小和相位 。在闭合屏蔽环路中串联电容器可抵在闭合屏蔽环路中串联电容器可抵消部分感抗从而增大环路电流，适消部分感抗从而增大环路电流，适当选择电容器的容抗可显

59、著提高屏当选择电容器的容抗可显著提高屏蔽效果蔽效果。 ( 一一 ) 和和分量电流法分量电流法 为便于理解上述屏蔽原理，可利用为便于理解上述屏蔽原理，可利用Clarke变换将三相输电线路变换将三相输电线路(水平布水平布置置)的正序电流的正序电流 (中相中相)、 (左左边相边相)、 (右边相右边相)转换为转换为 分分量量 、分量分量 、0分量分量 ： CILIRIII0I001 0.866- 0.5- 1 0.866 0.5- 1 0 1 31313131310313132IIIIIIIIIIIIRLCRLC或所示。的相量关系图如图、和、，由此可得出：，则右边相、左边相、中相若2910II0=I

60、90101)(1201I )(1201I )(01I 0IIII jIIIRLCCCRLC图图10-29 10-29 正序电流转换为正序电流转换为分量和分量和分量分量从图从图10-29可以看出：在输电线路水平可以看出：在输电线路水平布置的情况下，中相和边相的分量电流布置的情况下，中相和边相的分量电流间呈同轴性分布，间呈同轴性分布， 分量电流间呈双极分量电流间呈双极性分布。性分布。若将一组正序电流分解成分量和若将一组正序电流分解成分量和分量分量电流，则分量和电流，则分量和分量电流相量正交。分量电流相量正交。对边相来说，对边相来说，分量电流是分量电流是 分量电分量电流的流的1.732倍，每一电流分