隨著社會的進(jìn)步、人們生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)對電力需求迅速增長。為了滿足遠(yuǎn)距離、大容量輸電和聯(lián)網(wǎng)的需要，輸電電壓不斷提高，超高壓輸電目前已經(jīng)廣泛使用。而輸電電壓的提高，輸電技術(shù)在絕緣問題和電磁環(huán)境等方面受到更嚴(yán)峻的考驗。不必諱言，以往輸電線路的絕緣問題沒得到更多的重視，而隨著人們科技水平的提高，對自己的生存環(huán)境越來越重視，也有更多的人對于高壓輸電線路的電磁環(huán)境越來越關(guān)注。近年來，國內(nèi)外媒體對電磁環(huán)境污染的報道一直未斷，意大利每年有400多名兒童患白血病，專家認(rèn)為病因是受到嚴(yán)重的電磁污染；美國一癌癥醫(yī)療基金會對一些病人抽樣化驗，結(jié)果表明在高壓線附近工作的人，其癌細(xì)胞生長速度比一般人快24倍；我國每年出生的2000萬兒童中，有35萬為缺陷兒，其中25萬智力殘缺，有專家認(rèn)為，電磁污染是影響因素之一。近幾年，北京、上海、遼寧等地都直接就高壓輸電線路對附近居民住的人群是否造成傷害而引發(fā)討論、甚至提起訴訟。本文將對高壓輸電線路周圍的電磁場進(jìn)行分析和計算，并討論由此引起的環(huán)境污染問題。
    1 分析和計算
    在所有電力設(shè)備和輸電線路附件存在著工頻電場和磁場。在超高壓和特高壓輸電線路的設(shè)計中，導(dǎo)線的規(guī)格往往是由電暈性能確定的，而不是由載流量來確定的。從經(jīng)濟(jì)上考慮，不可能選擇過大的導(dǎo)線半徑、過多的分列根數(shù)和很大的線束直徑，而要求采用盡可能高的導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度。但過高的場強(qiáng)帶來的嚴(yán)重電暈又將引起電暈損耗、電磁騷擾和電磁噪聲的增加，而且電場在人和物體上產(chǎn)生感應(yīng)電，可能引起放電而造成更嚴(yán)重的危害。因此，分析和計算高壓輸電線路周圍的電場強(qiáng)度是十分重要的。
    對于工頻交變電場，頻率為50Hz，由于其波長遠(yuǎn)大于所研究場域的幾何尺寸，因此可以按靜電場模型進(jìn)行分析和計算。
    導(dǎo)線表面的電場強(qiáng)度主要取決于線路的運(yùn)行電壓、結(jié)構(gòu)尺寸、布線方式等因素。為一個相距為18m，離地高度為18m的水平排列的線路上，由16根次導(dǎo)線組成的邊相分裂導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度的分布情況，計算結(jié)果表明，在線路外側(cè)（α≈100°、α≈200°）場強(qiáng)的數(shù)值大。
    輸電線周圍空間的場強(qiáng)與線路電壓、導(dǎo)線的幾何位置、布置形式等相關(guān)。所示為兩種典型輸電線路的地面電場強(qiáng)度分布曲線。
    2 高壓輸電線路造成的環(huán)境污染分析
    由于輸電電壓的提高，必然導(dǎo)致導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度以及輸電線路及設(shè)備周圍的空間電場強(qiáng)度均很高，從而會因電暈現(xiàn)象和電場效應(yīng)引起一系列的環(huán)境污染問題，其中主要有強(qiáng)電場對周圍生活的人群產(chǎn)生的生理和心理危害，電暈放電產(chǎn)生的電磁騷擾、噪聲、空氣污染，以及輸電設(shè)施對周圍景致或市容的影響等。
    首先是由靜電感應(yīng)產(chǎn)生的電擊。電場能在人和物體上感應(yīng)電壓，在某些情況下，例如處于地電位的人接觸對地絕緣的物體時，在接觸瞬間，會出現(xiàn)一小火花，同時在接觸點(diǎn)（如手指尖）出現(xiàn)一種使人不愉快的刺激感。對于一般的物體，可能僅僅在瞬時放電時有感覺，一旦接觸牢固，繼續(xù)通過的穩(wěn)態(tài)電流將低于人能感覺的臨界值。但如果物體的表面積很大（例如停在線路下的特大型車輛），則由于穩(wěn)態(tài)電容電流可能達(dá)到幾毫安，就會出現(xiàn)痛苦的、甚至是危險的電擊。被提出的其它危害還有，放電會引燃象汽油蒸氣類的燃料，例如汽車在離線路很近的地方加油時的情況；另外，也可能使某些靈敏設(shè)備（例如心臟起博器）的工作受到干擾。
    隨著電壓等級的提高，輸電線路附近地面的大電場強(qiáng)度有所增加。這么大的電場強(qiáng)度是否會對人及環(huán)境產(chǎn)生不良影響，這是人們十分關(guān)心的問題。事實(shí)上，在場強(qiáng)較高的區(qū)域活動時，人們會產(chǎn)生毛發(fā)豎立或皮膚刺激感，甚至在某些情況下會因人體與其它物體間發(fā)生火花放電和電擊引起明顯的刺痛，對于平地站立的人會引起煩惱，對于高空作業(yè)而又沒有思想準(zhǔn)備的人還可能引起墜落事故。除了以上可以直接感受到的效應(yīng)外，一個更引起普遍關(guān)注的問題是，電場長期作用對生態(tài)的影響。1972年，前蘇聯(lián)關(guān)于超高壓變電站工人反映電場對身體有影響的報告在大電網(wǎng)會議上發(fā)表后，引起了很大的轟動。十幾年來，世界各國對此進(jìn)行了大量的試驗研究。雖然一般認(rèn)為現(xiàn)有的輸電線路下的電場對人體不會有明顯的直接影響，但是不少問題還正在繼續(xù)研究中。為慎重起見，目前對于輸電線路走廊和變電所范圍的大場強(qiáng)要給予一定限制；對人員來往頻繁的地方或某些特殊場所，則要求采取屏蔽措施以降低場強(qiáng)。
    在導(dǎo)線發(fā)生電暈期間，直接包圍導(dǎo)線的小體積內(nèi)的空氣中會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)會產(chǎn)生少量臭氧和氮的氧化物，可能有生態(tài)學(xué)的影響。雖然對一些運(yùn)行線路作過廣泛的測量，證實(shí)這些影響并不重要，但對今后電壓更高的線路仍應(yīng)給以注意。另一方面，高壓直流線路上發(fā)生電暈放電所形成的離子空間電荷，其濃度隨著電壓升高而增大，它們對人體及生態(tài)是否有一定影響，也是人們正在研究的課題。
    電暈影響主要表現(xiàn)為電磁騷擾及噪聲。電暈放電產(chǎn)生高頻電磁場引起的電磁波將無線電設(shè)施的正常接收產(chǎn)生干擾，影響電力線路周圍居民無線電廣播和電視的收聽收看。對于220kV及以下線路，這一干擾已引起重視，隨著輸電發(fā)展到超高壓，這種影響更為明顯。
    輸電線路電暈放電產(chǎn)生的電磁噪聲與有同一聲壓級的一般環(huán)境噪聲相比，通常更令人厭煩。一些發(fā)達(dá)國家初期建設(shè)的幾條500kV和765kV交流線路由于導(dǎo)線表面場強(qiáng)較高，引起的噪聲受到附近居民大量地抱怨，只得降壓運(yùn)行，后來更換為大直徑的導(dǎo)線。一些研究表明，對于特高壓線路，電磁噪聲將是選擇導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、影響費(fèi)用以及確定輸送電壓的主要因素。
    超高壓及特高壓線路的桿塔高大顯眼，設(shè)計時需要考慮對周圍景物的影響，應(yīng)使其造型美觀、透視度好、顏色與自然環(huán)境協(xié)調(diào)；架設(shè)線路時，也應(yīng)盡量減小對于自然環(huán)境的破壞。
    總之，輸電電壓發(fā)展到超高壓及特高壓階段，環(huán)境問題已成為輸電工程建設(shè)中一個影響極大的方面。例如大多數(shù)情況下，輸電線路導(dǎo)線截面的選擇、導(dǎo)線對地凈空距離的確定等，已 不是根據(jù)工作電流或絕緣要求了，而是由電暈特性及對地面場強(qiáng)的限制要求來決定。隨著人們保護(hù)環(huán)境呼聲的日益高漲，在一些國家，來自公眾的阻力開始給電廠、變電所和線路走廊的選址帶來許多困難，或者訂出了許多嚴(yán)格的限制。
    對上述各種各樣的問題，工程技術(shù)人員進(jìn)行了充分的調(diào)查研究，對其過程已有經(jīng)比較清楚的了解，并能適當(dāng)?shù)丶右钥刂啤?BR>    當(dāng)前的問題是電場是否會產(chǎn)生長期的生態(tài)影響。輸電線產(chǎn)生的電場能在人和生物體內(nèi)感應(yīng)出微弱的電流和電場，雖然這一電流和電場小到感覺不出來，但它們是否存在著潛在的危險，在目前對生物體的電結(jié)構(gòu)及相互作用機(jī)制等理論問題還沒解決的情況下是不十分清楚的。近十年來，世界各國的科學(xué)家、技術(shù)人員和醫(yī)務(wù)工作者進(jìn)行了大量的研究，雖然有些問題已得到比較一致的看法，但是不少問題還正在繼續(xù)討論中。公眾對此也特別關(guān)心。對于輸電系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場也有類似的問題。
    對于遠(yuǎn)距離輸電來說，高壓直流輸電比交流輸電更經(jīng)濟(jì)。當(dāng)前直流輸電發(fā)展迅速，電壓等級不斷提高。同交流輸電線路一樣在，高壓直接電線路對周圍環(huán)境的影響是一個必須考慮的重要方面。然而，由交流輸電線路和直流輸電線路所產(chǎn)生的環(huán)境影響有著相當(dāng)大的差別。這主要是由于它們的電壓性質(zhì)不同，一個是交變的而另一個是恒定的。
    交直流輸電線路產(chǎn)生電暈的機(jī)理是相同的。當(dāng)輸電導(dǎo)線表面的直流電場強(qiáng)度達(dá)到電暈起始電場強(qiáng)（與交流電場強(qiáng)度的峰值相對應(yīng)）時，導(dǎo)線即發(fā)生電暈。不過，由于交、直流電壓作用的形式不同，在導(dǎo)線表面產(chǎn)生電暈后，其發(fā)展過程有很大差別。
    直流導(dǎo)線上的電壓極性是不改變的，因此，電暈放電所產(chǎn)生的電荷在空間形成了兩個區(qū)域，即電離區(qū)和極間區(qū)。電離區(qū)是圍繞導(dǎo)線很薄的一層，電離區(qū)內(nèi)的電場強(qiáng)度很高，在那里由電子碰撞電離以電子崩的形式產(chǎn)生的電荷質(zhì)點(diǎn)，因被導(dǎo)線產(chǎn)生的電場所排斥，則進(jìn)入極區(qū)間，這是指電極間布滿了空間電荷的一個廣闊區(qū)域。
    例如，對負(fù)的單極性線路來說，電離區(qū)內(nèi)的電子以一定速度被排出后，它們很快與有一定親合能力的中性分子結(jié)合成負(fù)離子。這些負(fù)離子不斷向地面流動，形成負(fù)離子流。正的單極性線路也是一樣，正導(dǎo)線是產(chǎn)生正離子的源，從導(dǎo)線出發(fā)的正離子空間電荷充滿了輸電線導(dǎo)體和大地之間的極間空間。
    對于雙極輸電線路來說，由每極導(dǎo)線分別發(fā)出的正離子和負(fù)離子不僅向大地漂移，還將向相反極性的導(dǎo)線漂移，因此，一條雙極直流輸電線路的極間區(qū)包括三個有著不同的空間電荷的區(qū)域。它有兩個分別處在每極導(dǎo)線與大地之間的單極性正或負(fù)離子區(qū)域，以及一個處于相反極性導(dǎo)線之間同時有兩種離子的雙極性區(qū)域。
    在交流輸電線路中是不會出現(xiàn)這種情況的。由于導(dǎo)線電壓極性周期性變化，上半個周期被排斥的帶電離子，下半個周期又幾乎全部被拉回來，因此基本上不存在這些離子離開導(dǎo)線的運(yùn)動，故空間不存在游動的帶電離子。
    一般說來，正確對待環(huán)境問題，一方面應(yīng)充分認(rèn)識當(dāng)前環(huán)境污染問題的嚴(yán)重性，積極做好環(huán)境保護(hù)工作，對于每一項新出現(xiàn)的技術(shù)設(shè)備，都要仔細(xì)考察它是否會造成環(huán)境污染、是否會對人體健康有妨礙，做到以預(yù)防為主，防患于未然。另一方面，對于所了現(xiàn)的問題科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，總能不斷地解決各種各樣的環(huán)境問題，世界各國為發(fā)展超高壓和特高壓輸電做了很多研究工作，每采用一個新的電壓等級，常常是提前十幾年就開始進(jìn)行研究、試驗和典型試運(yùn)行。一些國家都建有相當(dāng)規(guī)模的超高壓及特高壓試驗研究基地，對包括環(huán)境問題在內(nèi)的各個方面進(jìn)行著廣泛的研究。我國也很重視超高壓輸電技術(shù)，在國內(nèi)已建有一批較高水平的高壓實(shí)驗室和試驗場地，近些年來在研究高壓輸電對環(huán)境的影響以及解決措施等方面做了大量工作，為我國超高壓輸電的迅速發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。然而，由于在很多人的傳統(tǒng)觀念中，環(huán)境保護(hù)所涉及的范圍還不包括高壓輸電這一領(lǐng)域，因而從某種程度上來說，不少人對這一問題并不十分了解。從國內(nèi)情況來看，自從330kV和500kV超高壓輸電線路運(yùn)行以來，引起的問題不少。有些是注意不夠帶來的問題，有些則是由于人們不必要的疑慮或恐懼。因此，有關(guān)高壓輸電環(huán)境問題的起因、特點(diǎn)或分布規(guī)律、計算方法、降低措施等應(yīng)該讓更多的人了解。