降低超高压输电线路电晕噪声的对策研究

姜 梅，李小娟，杨 洁，马 超，张 鹏，高世刚

(甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州 730050)

0 引言

电晕放电是电场强度超过临界值时引起带电导体周围空气突然发生电离所引起的一种发光发热的放电现象。电晕现象常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内，如高压导线的周围，带电体的尖端附近。高压架空线路在特定的气候和环境条件下均会产生电晕放电，尤其是在高海拔地区。实践证明，在相同电极和相同间隙情况下，海拔越高起晕电压越低［1－3］。电晕放电可产生臭氧、氮氧化物等，引起能量损失、无线电干扰、可听噪声等危害［4－7］。超高压输电线路出现电晕现象，不仅产生电晕噪声，而且加速有机绝缘介质的劣化和老化，损伤设备，造成环境污染。电晕放电产生的电晕噪声与一般环境噪声相比，更令人厌烦。与工频电磁场、无线电干扰的无声、无形、无影不同，可听噪声是一种人们听觉直接感受到的现象，更容易形成关注的焦点［8］。

近年来，随着输电线路不断地向大容量和超、特高压化发展，导线分裂数不断增多、金具不断复杂化，导线电晕放电所产生的可听噪声和无线电干扰等电磁环境问题也越来越受到人们的关注，尤其在海拔高、气候条件恶劣的西北地区，输电线路产生的电晕噪声尤为明显，对居民生活的影响日益显著，成为线路建设中必须解决的重要问题之一。

本文结合国内外降低输电线路可听噪声的研究，介绍了超高压输电线路电晕噪声控制的必要性，并提出了降低电晕噪声的相关对策措施;通过实例，验证优化改造金具的降噪效果，查找安装缺陷和漏洞。为今后电力金具的设计、选型、制造、运输、安装及运行管理提供参考依据，为进一步优化改造金具提供理论依据。

1 输电线路可听噪声的来源

输电线路电晕放电的影响因素分两大类:一类是输电线路本身特性的影响，如输电线路电压越高，电晕放电越强;导线直径越大，表面光洁度越高，电晕放电越弱。另一类是输电线路外部环境的影响，如空气污染越严重，空气密度越小、湿度越大，电晕放电越强［4］。

输电线路电晕产生的可听噪声由两部分组成，一部分是由正极性流注放电产生的宽频带噪声，是交流噪声的主要部分;另一部分是由于电压周期变化，使导线附近带电离子往返运动产生的纯音，频率是 50Hz的倍频［9］。

输电线路的可听噪声主要发生在坏天气下［10］。相关数据表明，超、特高压交流输电线路上出现电晕噪声主要发生在潮湿的雨雪天气，好天气时的噪声只有在高电位梯度才会超过本底噪声［10－11］。除在恶劣天气情况下产生电晕噪声外，在工程实际中，当导线表面上存在缺陷或微粒时，同样会在运行的电位梯度下产生电晕现象，产生可听噪声。

此外，电气设备和金具在设计、制造、安装、运行、维护中，任何一个环节出现问题都可形成电晕放电现象，产生可听噪声［12］。输电线路是由许多基铁塔连接而成，铁塔上有许多金具，如间隔棒、均压环、绝缘子串等，当金具出现缺陷、毛刺或安装不合理时，也会出现电晕放电现象，从而产生电晕噪声，对周围声环境产生影响。

2 降低输电线路可听噪声的必要性和措施

2.1 降低输电线路电晕噪声的必要性

针对高压输电线路可听噪声问题，国内外已开展了大量的研究工作。国外对输电线路可听噪声的研究始于20世纪60年代，研究内容涉及输电线路噪声的产生机理、声学特征、测试方法和降噪措施等。我国对输电线路噪声的研究始于20世纪90年代，研究多集中在对运行线路可听噪声的现场测量和降噪措施上［11］。研究结果表明，降低超、特高压输电线路的电晕可听噪声的措施主要是降低导线表面最大场强，减少电晕放电，在工程中较为可行的措施有:增加分裂导线的直径;增加分裂导线的数量;改变分裂导线的间距［9，11］。

过去由于电压等级不高，输电线路引起的可听噪声通常很小，没有引起人们的注意。近年来，西北地区多条750kV输电线路相继投入运行，输电线路的可听噪声问题越来越突出。超高压输电线路可听噪声声源主要集中在转角塔(耐张塔)、换位塔及紧凑型直线塔等附近。随着电压等级的提高，输电线路铁塔上金具的种类越来越复杂繁多，由金具电晕放电产生的可听噪声日益凸显，铁塔产生的噪声相对输电线路而言大很多。因此，降低输电线路铁塔金具电晕噪声是控制输电线路可听噪声亟需解决的重要问题。

2.2 降低输电线路电晕噪声的措施

降低超高压输电线路电晕可听噪声从设备选型、设计和金具制造、包装运输、安装、运行管理等各个环节同时进行控制，改善电场分布，提高起晕电压，最终降低输电线路可听噪声。

2.2.1 设备选型和设计环节

设计单位在工程设计过程中不仅要考虑满足工程的需要，同时要考虑必须选择防晕型金具，打破传统的均压环设计形式，主要从均压环的设置位置和几何尺寸上着手，防电晕措施不遗漏每个部位，以减少电晕放电。

2.2.2 金具生产、运输及安装环节

金具在生产、运输、安装等环节其中任何一个环节出现问题都会引起金具电晕放电，产生电晕噪声。金具在生产过程中，为保证金具的一致性以及金具外观光洁，在正常使用状态不出现电晕，铸造的金具最好采用金属模具生产，机加工面采用铣床加工，外表面采用布轮抛光。为保证金具防电晕性能，金具在出厂时要进行严格的包装防护，避免金具在装运过程中磕碰、摩擦、挤压变形等。在金具安装过程中，防止产生划痕和毛刺，在金具出厂前表面涂抹保护油脂;安装后除接线板外，金具外表面均不得有油脂，必要时用酒精擦净［13］。此外，金具安装过程中还需防止其挤压变形和安装损伤，注意安装合理、到位，保证没有遗漏。

在实际检测过程中，对某750kV输电线路某一基转角塔外角侧和内角侧金具电晕放电情况进行紫外成像检测，同时进行可听噪声大小的测量。可听噪声结果为:内角侧距铁塔15m处为42.6dB(A)，外角侧距铁塔15m处为45.8dB(A)。一般情况下，输电线路转角塔外角侧噪声要小于内角侧噪声，而该750kV输电线路铁塔处的噪声值较为反常，外角侧噪声值比内角侧噪声值大3.2dB(A)，结合紫外成像检测结果发现:该铁塔内角侧A、B、C三相悬垂串下均有均压环，而外角侧A、B、C三相悬垂串下均未安装均压环，且从电晕放电情况来看，安装均压环的内角侧绝缘子悬垂串及均压环均未出现放电现象，未安装均压环的外角侧绝缘子悬垂串下方均出现明显的放电现象。检测人员推测，该铁塔外角侧绝缘子悬垂串下的均压环可能在安装过程中被施工人员遗漏。均压环可使其自身和与其相连的绝缘子悬垂串周围起晕电压增大，防止电晕放电，同时降低尖端放电的可能性，从而降低电晕噪声。检测结果进一步说明电晕噪声与金具的结构、种类及安装等各种因素有很大关系。

2.2.3 金具优化改造环节

目前，超高压输电线路电晕放电点及产生电晕噪声的关键金具主要集中在硬跳线端部、软跳线、间隔棒、均压屏蔽环、防震锤等位置上。研究发现，通过采取一定的措施对金具进行优化改造，可以改善金具表面场强，提高起晕电压，降低电晕噪声。

本文以某330kV输电线路转角塔为实例，改造措施为均压环优化和间隔棒优化两项。采用噪声分析仪直接测量铁塔下可听噪声值的大小，采用紫外成像检测仪拍摄铁塔上金具的电晕放电情况，对优化改造的均压环和间隔棒的降噪效果进行检验。

(1)均压环优化改造

改造措施:我们对均压环尺寸、弧度和管径等进行了优化改造，结果发现能避免锐角和尖端的产生，可有效改善金具周围的分布电压和电场分布，降低均压环及金具表面的电场强度，从而减少均压环电晕放电现象，进一步降低电晕噪声。

检测实例中对均压环进行了尺寸和弧度上的优化，但其安装位置并未发生变化。我们测试均压环优化改造前后的电晕放电情况。未优化改造的均压环尺寸大、弧度小，经紫外检测发现其有明显的连续放电现象。通过对均压环尺寸和弧度的优化后，未检测出均压环紫外放电现象。

(2)间隔棒优化改造

间隔棒改造措施:改变间隔棒结构和尺寸，可以降低其表面电场强度;通过对间隔棒接螺栓采用嵌入式设计，可有效避免间隔棒螺栓外露过长没有屏蔽，导致螺栓尖端放电;通过对间隔棒行抛光处理，可有效避免间隔棒表面粗糙而产生的电晕，从而降低电晕噪声。

检测实例中对间隔棒的连接螺栓进行了嵌入式优化改造，其安装位置未发生变化。我们采用紫外检测技术测试了间隔棒优化改造前后的电晕放电情况，结果显示，间隔棒未经优化改造前出现连续放电现象，对其连接螺栓优化设计后，间隔棒未检测出紫外放电现象。

此外，通过对铁塔下可听噪声的检测发现:均压环和间隔棒优化改造前塔位处的噪声值为40.9dB(A)，优化改造后塔位处的噪声值为33.6dB(A)。由此可见，金具经优化改造后铁塔塔位处的可听噪声可明显降低，与金具经优化改造后紫外放电现象减少的结果相一致，进一步表明金具优化改造可有效降低输电线路电晕噪声。

3 结语

超高压输电线路电晕噪声可以从金具设计、制造、包装运输、安装及运行管理等几方面进行同时控制。设计阶段可选择防晕型金具;生产、运输和安装等阶段应避免磕碰、摩擦、挤压、划痕和毛刺，减少电晕放电，降低电晕噪声;同时，对已运行的输电线路可通过对金具的优化改造达到降噪目的。但对金具优化设计、改造的工艺和技术尚需深入研究。

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