湿度对500 kV 超高压交流架空送电线路区域电磁环境的影响研究

1、湿度对500 kV 超高压交流架空送电线路区域电磁环境的影响研究彭继文，周建飞，周年光，侯云（湖南省电力公司试验研究院 环境保护研究所，湖南省 长沙市 410007）Research on Effects of Humidity on 500 kV EHV AC Overhead Transmission LinesRegional Electromagnetic EnvironmentPENG Ji-wen，ZHOU Jian-fei，ZHOU Nian-guang，HOU Yun（Environmental Protection Research Institute，Hunan Elect

2、ric Power Test & Research Institute，Changsha 410007，Hunan Province，China ）摘要：为研究湿度对500 kV 超高压交流架空送电线路区域电磁环境的影响，有目的地选择与HJ/T24-1998500 kV 超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范中模式假设条件相接近的线路进行连续监测。监测结果表明，工频磁场随环境相对湿度的变化不大，并与标准中的模式计算结果较为一致；在相对湿度较小时，工频电场随环境相对湿度的变化不大，并与标准中的模式计算结果较为一致；但在相对湿度较大时，工频电场随环境相对湿度的变化较大。通过对工频电场

3、强度峰值出现位置进行定点连续监测，得出在相对湿度较大时，工频电场强度随相对湿度的增大呈指数级增加。研究结果为不同湿度条件下的工频电场强度换算到某一标准湿度下提供了参考依据，解决了我国原来的工频电场强度标准限值不能满足标准状态要求的问题，为修正和完善我国工频电场强度标准提供了依据。 关键词：电磁环境；湿度；工频电磁场0 引言随着高电压等级电网的建设，交流架空线路运行中线路区域产生的工频电磁场日益引起人们的关注1-4。为指导送变电工程电磁辐射环境影响的评价，加强架空送电线路的环境管理，国家环境保护总局颁布了HJ/T24-1998500 kV 超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范5。该标准是

4、在借鉴当时发达国家的研究结果和我国实际研究情况的基础上提出的6-8，未考虑气候、地形等条件因子对工频电场强度的影响。经过近十年的实践证明，地形、气候条件不同，工频电场强度的预测结 果与实际监测值差别较大。因此，开展各种地理和气象条件下高压架空送电线路区域电磁环境影响研究是十分迫切的9-10。在湿度变化比较大的南方地区，湿度的影响尤为显著，因此本研究仅研究不同湿度条件下500 kV 超高压交流架空送电线路区域电磁环境影响。本文在与标准模式中假设条件比较接近的环境中，实地监测了不同湿度、高度和距离的工频电磁场强度。通过对现场大量实测数据的整理分析，研究架空线路区域工频电磁场与标准模式的修正关系，分

5、析工频电磁场与湿度的关系，初步总结出湿度影响架空送电线路的机理，为修改相关环境标准和进一步研究环境因素对架空线路电磁环境的影响提供技术资料。1 实验方法1.1 实验对象与条件本文选择湖南境内某500 kV 交流送电线路段进行现场测试。该线路段地处平原地区，200 m 附近没有其他35 kV 及以上电压等级的送电线路，避开了其他送电线路对该线路段工频电磁环境的影响，与标准中假设的水平近似。研究线路段导线为LGJQ-300型钢芯铝铰线，间隔棒尺寸为450 mm 。研究线路段导线水平排列，导线对地距离20 m ，导线相距20 m 。为监测湿度对500 kV 交流送电线路区域的工频电磁环境的影响情况，

6、本文选择在早晚温差和湿度变化较大的11月晴天进行实验。 1.2 监测仪器工频电磁场强度现场监测采用是Nada 公司的EFA-300工频电磁场分析仪，电场探头为边长10 cm 的正方体，通过光缆把监测信号传送至主机。使用条件为温度050，相对湿度<95%RH，并经中国计量研究院计量鉴定合格，仪器在鉴定周期内，精度为±5%。湿度测量采用法国KIMO HD200多功能温湿度计，温、湿度探棒量程分别为2080和3%98%RH，仪器精度为±1.5% RH。 1.3 实验过程本文在实施中对研究线路段进行为期一周连续监测，每天分4个时段进行监测，分别为早6点至太阳完全升起、中午10

7、点至12点、下午4点至6点、晚10点至12点，经历了一天中湿度变化的各个时段。监测段面选择在线路最大弧垂点，垂直于线路，以线路中心线为原点监测至距线路中心线90 m 处，监测点坐标为：17、12、6、0、6、12、17、22、27、32、42、52、62、90(因一面22 m 外为棉花地影响监测数据分析而未布点至90 m 。进行工频电磁场监测的同时监测湿度，并向相关 500 kV 变电站了解线路运行工况11，测试期间线路电压、电流及负荷比较稳定。2 结果分析2.1 监测结果分析 2.1.1 工频磁场测试结果工频磁场的监测结果表明，工频磁场随湿度变化不大，与HJ/T24-1998500 kV 超

8、高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范中模式的计算值基本吻合，如图1所示。监测结果与模式计算的误差可认为主要是由仪器测量误差和地形因素所致12。因此，用标准中模式来分析计算架空送电线路区域的工频磁场变化时，可忽略环境湿度变化的影响。 7 6 5 4 3 2 1 坐标x /m 工频磁场强度B /n t图1 距地面1.5 m 处工频磁场监测结果2.1.2 工频电场测试结果本文研究了不同湿度条件下距地面高度1.5、0.85和0.05 m 处工频电场强度，如图24所示。测试结果表明，随着湿度的增加，工频电场强 4 321 坐标x /m工频电场强度E /(V /m 图2 距地面1.5 m 处工频电场

9、强度测试结果 21 1 800400坐标x /m工频电场强度E /(V /m 图3 距地面0.85m 处工频电场强度测试结果 12 106 4 2 坐标x /m工频电场强度E /(V /m 8图4 地面0.05 m 处工频电场强度测试结果度呈显著增长；随着测试位置对地高度的增加，工频电场强度的增幅变大。湿度对500 kV 及以上电压等级的架空送电线路区域工频电场的影响不容忽略，并随测试位置距地面高度的增加影响越加显著。 2.2 工频电场强度与湿度变化的关系为研究湿度与架空送电线路区域工频电场强度的变化关系，研究中选择在距地面1.5 m 工频电场强度峰值出现位置(边导线5 m 处和边导线15 m

10、 处 进行定点监测，从太阳刚出的湿度最大时开始监测，至太阳完全升起湿度变化较小时为止。结果表明，在太阳逐渐升起的过程中，环境空气的相对湿度呈降低趋 相对湿度RH/%工频电场强度E /(k V /m 图5 距边导线5m 处的工频电场强度随湿度变化关系 相对湿度RH/%电场强度E /(k V /m 图6 距边导线15 m 处的工频电场强度随湿度变化关系3 理论分析将架空送电线路和大地看作一个电容器，则该电容器的电容只与导线与大地的空间关系和两者的空间介质有关，而实际架空线路导线与大地构成的电容在静风条件下其空间关系不会发生变化，因此，静风时由架空线路导线和大地构成的电容器电容只与空间介质有关。根据

11、静电场理论，电容器的电容定义为QC U=(1 当空间介质由真空变为由介电常数为的均匀介质时，其电容为r 0C C = (2式中：r 为空间介质的相对介电常数；0为真空的介电常数。根据电场强度的定义， 线路带电电荷在空间某一点P(x ，y ，z 产生的电场强度E (x ，y ，z 可表示为13：(, , (, , 2qE x y z f x y z = (3将式(1、(2代入式(3，则得(, , (, , 2CUE x y z f x y z =0000(, , (, , 22r r C U C Uf x y z f x y z = (4由(4可知，线路带电电荷在空间某一点P(x ，y ，z 产

12、生的电场强度E (x ，y ，z 与线路电压和空间位置有关，而与空间介质无关。实际上在静电场中，各种电介质中有数目不等的少量自由电荷，所以总有微弱的导电能力。而当环境空气湿度增大时，架空送电线路区域的极性离子(水分子 会大量增加，从而导致自由移动的离子大量增加。这些极性粒子除随机运动外，还使会整个电场产生深度极化，并在电场作用下发生定向移动14。因此，空间中的极性粒子发生变化是导致架空送电线路区域某一点P(x ，y ，z 处的电场强度E (x ，y ，z 变化的主要原因。空间某一点P(x ，y ，z 处的电场强度应表示为：0i E E E E =+ (5 式中：E 为架空送电线路附近区域点P(

13、x ，y ，z 的总电场强度；E 0为线路带电电荷在附近区域点P(x ，y ，z 的产生电场强度；E 为电介质的极化产生的电场强度；E i 为自由移动定向运动电荷产生的电场强度。由(4式可知，静风条件下E 0是恒定的，影响P 点的电场强度E 是E 、E i 。根据电场极化理论，随着极性粒子增加，空间点的电场强度E 降低；但随着极性粒子增加，自由移动的电荷产生的电场E i 则增加，甚至可以超过线路带电电荷和电介质对电场强度的影响。根据以上分析可知，利用由静电理论真空假设条件下得出的泊松方程来计算空间电位分布已不适用于求解有大量极性粒子存在的空间电位分布情况15，应该进行电介质的极化和自由移动定向

14、运动电荷修正。通过对空间自由移动定向运动电荷对电场强度的影响进行初步分析，利用自由移动定向运动电荷物理原理构建合理的数值模型是深入研究其机理的较好的技术方法。但是目前对定向运动电荷在送电线路附近区域空间运动机理研究很少，其主要原因是目前没有有效的仪器设备对定向运动电荷进行检测，而空间电场分布，特别是导线附近的电场分布目前还无可行的测试方法。4 结论1）在相对湿度较小时，工频电场随环境相对湿度的变化不大，并标准中的模式计算结果较为一致；但在相对湿度较大时，工频电场随环境相对湿度的变化较大，最大处超过了标准模式计算值的20倍以上。通过对工频电场强度峰值出现位置进行定点连续监测，得出在相对湿度较大时

15、，工频电场强度随相对湿度的增大而呈指数级增加。2）为把不同湿度条件下的工频电场强度换算到某一标准湿度条件下的工频电场提供了依据，这也解决了我国原来的工频电场强度标准限值不能满足标准状态的要求，从而为修改和完善我国工频电场强度标准提供了依据。所开展的湿度与交流架空送电线路工频电场分布的关系研究也为今后开展直流送电线路电磁环境研究提供宝贵的经验。3）本文中所述的湿度与架空送电线路工频电场影响是针对被选定的地表状况，针对不同地表状况进行深入研究是得出精确的湿度与架空送电线路工频电场关系曲线的重要条件。开展不同地表状况研究并积累大量详实的现场监测资料是完善与优化架空送电线路工频电场关系曲线的必要条件。

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