變電站作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境分析與評(píng)價(jià)

殷曉紅，王立杰，佟 瑤，張金麗，張 亮

(1．黑龍江省電力科學(xué)研究院，哈爾濱150030;2．哈爾濱電業(yè)局，哈爾濱150010)

目前，影響變電站作業(yè)環(huán)境的主要因素是高壓電氣設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)和噪聲，當(dāng)其強(qiáng)度超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值時(shí)，將會(huì)不利于作業(yè)人員的身體健康。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，變電站數(shù)量的不斷增加，越來越多的電網(wǎng)員工要從事變電站的運(yùn)行與檢修工作，因此，為了確切地評(píng)估變電站作業(yè)場(chǎng)所的電磁環(huán)境，增加變電站作業(yè)環(huán)境的透明度，對(duì)危險(xiǎn)源更好地進(jìn)行排查和治理，本文通過對(duì)黑龍江省17座變電站作業(yè)場(chǎng)所的電磁環(huán)境進(jìn)行調(diào)查分析，提出了加強(qiáng)變電站作業(yè)環(huán)境防護(hù)工作的建議。

1 變電站作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境實(shí)測(cè)與評(píng)價(jià)

1.1 檢測(cè)環(huán)境條件

按照規(guī)定［1－2］，檢測(cè)工作均選擇在晴朗天氣下進(jìn)行，無雨雪、無雷電，環(huán)境溫度在0～40℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度在5%～80%范圍內(nèi)進(jìn)行。

1.2 檢測(cè)方法

按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［1］，工頻電磁場(chǎng)測(cè)點(diǎn)位置選擇在作業(yè)人員因工作需要經(jīng)常停留的地方?？刂剖覂?nèi)測(cè)點(diǎn)選擇在中央位置或位于中央位置兩側(cè)的位置(2個(gè)測(cè)點(diǎn)時(shí))，室外設(shè)備區(qū)測(cè)點(diǎn)選擇在作業(yè)人員巡視路線上距離帶電設(shè)備2.5 m或設(shè)備周圍設(shè)置屏蔽柵處或隔離欄外。檢測(cè)工頻電磁場(chǎng)時(shí)，測(cè)量天線距離地面1.5 m，測(cè)量人員及作業(yè)人員距離測(cè)量儀器5.0 m之外，不使用有任何產(chǎn)生電磁的設(shè)備。在變電站設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，分別測(cè)量工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出測(cè)點(diǎn)位置處平均場(chǎng)強(qiáng)值，試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)誤差按通用公式計(jì)算。

變電站室外設(shè)備區(qū)噪聲的測(cè)量，將傳聲器設(shè)置在距離設(shè)備1.5 m處，控制室內(nèi)將聲級(jí)計(jì)的傳聲器設(shè)置在距離設(shè)備1.1 m或1.0 m處。將聲級(jí)計(jì)固定在三腳架上或手持，高度為1.5 m，測(cè)量人員與傳聲

器的間距大于0.5 m。每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量3次，取平均值，并計(jì)算8 h等效聲級(jí)。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

綜合國家、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求［3－5］，確定變電站作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境的職業(yè)接觸限值如下:

1)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度為5 kV/m(曝露8 h)。

2)工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度為100 μT(曝露8 h)。

3)噪聲8 h等效聲級(jí)為85 dB(A)。

對(duì)作業(yè)場(chǎng)所工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度職業(yè)曝露限值劃分為3個(gè)預(yù)警級(jí)別:

1)0級(jí):作業(yè)點(diǎn)工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度＜5 kV/m或磁場(chǎng)強(qiáng)度＜100 μT，可以安全持續(xù)作業(yè)。

2)Ⅰ級(jí):作業(yè)點(diǎn)工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度5～10 kV/m或磁場(chǎng)強(qiáng)度100～500 μT，應(yīng)控制每次接觸作業(yè)的時(shí)間不超過2 h。

3)Ⅱ級(jí):作業(yè)點(diǎn)工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度或磁場(chǎng)強(qiáng)度超過ICNIRP標(biāo)準(zhǔn)(＞10 kV/m或＞500 μT)必須控制每次接觸作業(yè)的時(shí)間不超過30 min。

1.4 實(shí)測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)

根據(jù)上述的檢測(cè)環(huán)境條件、選擇的測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)方法，對(duì)12座220 kV變電站、4座110 kV變電站和1座66 kV變電站作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境進(jìn)行了實(shí)測(cè)。戶外設(shè)備區(qū)的檢測(cè)結(jié)果如表1所示，控制室戶內(nèi)的檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表1 變電站戶外設(shè)備區(qū)作業(yè)環(huán)境檢測(cè)結(jié)果

從表1、表2 可以看出，除220 kV A、B、C、D 變電站設(shè)備區(qū)作業(yè)場(chǎng)所某些測(cè)點(diǎn)的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度超標(biāo)外，均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，作業(yè)環(huán)境安全。

表2 變電站控制室等戶內(nèi)作業(yè)環(huán)境檢測(cè)結(jié)果

2 變電站作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境和噪聲影響分析

2.1 設(shè)備區(qū)電磁環(huán)境分析

在220 kV A變電站設(shè)備區(qū)作業(yè)環(huán)境28個(gè)測(cè)點(diǎn)中，有7點(diǎn)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度超標(biāo)，分別為7條線路的開關(guān)處，最低的為6.6 kV/m，最高的達(dá)到11.3 kV/m，即6處屬于Ⅰ級(jí)預(yù)警區(qū)，1處屬于Ⅱ級(jí)預(yù)警區(qū)。

在220 kV B變電站設(shè)備區(qū)作業(yè)環(huán)境10個(gè)測(cè)點(diǎn)中，有1點(diǎn)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度超標(biāo)，為某甲線4212東刀閘處，達(dá)6.02 kV/m，屬Ⅰ級(jí)預(yù)警區(qū)。

在220 kV C變電站設(shè)備區(qū)作業(yè)環(huán)境22個(gè)測(cè)點(diǎn)中，有4點(diǎn)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度超標(biāo)，其中1號(hào)主變乙刀閘處為9.011 kV/m，屬Ⅰ級(jí)預(yù)警區(qū);1號(hào)主變開關(guān)處為11.092 kV/m，220 kV某線甲刀閘處為13.390 kV/m，開關(guān)處為15.520 kV/m，均屬Ⅱ級(jí)預(yù)警區(qū)。

在220 kV D變電站設(shè)備區(qū)作業(yè)環(huán)境28個(gè)測(cè)點(diǎn)中，有7點(diǎn)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度超標(biāo)，其中220 kV某線開關(guān)A處為8.88 kV/m，開關(guān)C處為8.72 kV/m，220 kV 1號(hào)主變開關(guān)A處為9.49 kV/m，開關(guān)B處為6.19 kV/m，屬Ⅰ級(jí)預(yù)警區(qū);另1條220 kV線路乙刀閘處為12.132 kV/m，開關(guān)C處為11.580 kV/m，1號(hào)主變開關(guān)C處為16.070 kV/m，均屬Ⅱ級(jí)預(yù)警區(qū)。

上述A、B、C、D變電站電磁環(huán)境的超標(biāo)點(diǎn)主要位于線路的開關(guān)、刀閘處，而開關(guān)、刀閘通常位于母線下方，由于電場(chǎng)強(qiáng)度的大小取決于母線的電壓等級(jí)與其對(duì)地距離之比，變電站內(nèi)220 kV母線電壓等級(jí)較高，對(duì)地距離相對(duì)220 kV架空線路偏低，故220 kV母線覆蓋的下方區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較大的電場(chǎng)，導(dǎo)致個(gè)別點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。

對(duì)于工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度超標(biāo)的Ⅰ、Ⅱ級(jí)預(yù)警區(qū)，均應(yīng)設(shè)置警示標(biāo)志，提示作業(yè)人員應(yīng)盡量減少在此區(qū)域的停留時(shí)間。在超標(biāo)預(yù)警的情況下，設(shè)備區(qū)巡視的運(yùn)行人員停留的時(shí)間很短，不會(huì)對(duì)身體健康造成傷害，檢修維護(hù)人員則應(yīng)控制帶電作業(yè)停留時(shí)間，并穿戴防護(hù)服。

2.2 室內(nèi)作業(yè)環(huán)境分析

從表2所示的室內(nèi)作業(yè)環(huán)境檢測(cè)結(jié)果看，室內(nèi)作業(yè)環(huán)境是安全的，測(cè)得的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度最大值達(dá)不到限值5 kV/m的1%，工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度最大值僅為限值100 μT的0.071%，噪聲低于限值85 dB(A)。這主要是因?yàn)榭刂剖业染鄮щ姼邏涸O(shè)備較遠(yuǎn)，加之建筑物、樹木等都可以使空間電磁場(chǎng)畸變，并削弱其遮蔽空間或鄰近區(qū)域內(nèi)的電磁場(chǎng)和噪聲，而且室內(nèi)都是弱電設(shè)備，不會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場(chǎng)和噪聲。

2.3 電壓等級(jí)與工頻電場(chǎng)強(qiáng)度

高壓設(shè)備電壓等級(jí)越高，其形成的電場(chǎng)強(qiáng)度越高。從變電站電壓等級(jí)來看，電壓等級(jí)高的變電站電場(chǎng)強(qiáng)度要高于電壓等級(jí)低的變電站電場(chǎng)強(qiáng)度。如220 kV E變電站設(shè)備區(qū)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度為52.7～3 710 V/m，110 kV P變電站則為388～1 260 V/m，66kV Q變電站僅為4.442～6.062 V/m。高電壓等級(jí)設(shè)備的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度大多數(shù)高于低電壓等級(jí)設(shè)備的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度。以220 kV K變電站為例，220 kV刀閘、開關(guān)處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度為610～2 680 V/m，66 kV刀閘、開關(guān)處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度為610～1 990 V/m。

上述的超標(biāo)現(xiàn)象均存在于220 kV變電站及220 kV設(shè)備處。因此，對(duì)電壓等級(jí)越高的變電站和設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和防護(hù)。

2.4 GIS組合電器的電磁強(qiáng)度

SF6氣體絕緣金屬封閉組合電器 GIS，將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器和連接件、電纜終端、進(jìn)出線套管等元件，經(jīng)優(yōu)化組合，直接連接在一起，并封閉于1個(gè)金屬殼體中，其內(nèi)充入SF6氣體。由于其接地金屬外殼的屏蔽作用，其工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度比常規(guī)的敞開式空氣絕緣開關(guān)設(shè)備AIS明顯減少，而且噪聲小，降低了對(duì)作業(yè)人員的影響。從作業(yè)環(huán)境的影響來看，GIS宜于推廣應(yīng)用，實(shí)測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 GIS工頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度及噪聲檢測(cè)數(shù)據(jù)

2.5 作業(yè)場(chǎng)所的噪聲

變電站噪聲主要是變壓器、電抗器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁噪聲和機(jī)械噪聲。電磁噪聲主要由硅鋼片磁致伸縮和繞組中的電磁力引起，機(jī)械噪聲則由設(shè)備振動(dòng)、冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)引起。變壓器、電抗器本體振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲是不穩(wěn)定的，其主頻段噪聲為低頻噪聲?？蛰d或運(yùn)行功率低時(shí)，噪聲水平也較低;滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)噪聲級(jí)較高。低頻噪聲可以傳遞很遠(yuǎn)且難以消除，而冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲為高頻噪聲，衰減很快。帶電構(gòu)架處的噪聲遠(yuǎn)小于變壓器和電抗器處的噪聲，其測(cè)量結(jié)果還會(huì)受到變壓器和電抗器噪聲的影響。

從實(shí)測(cè)的17座變電站設(shè)備區(qū)作業(yè)場(chǎng)所的噪聲數(shù)據(jù)看，其8 h等效聲級(jí)為35.3～74.0 dB(A)，小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的85 dB(A)限值。從實(shí)測(cè)等效聲級(jí)看，其值為44.3～83.0 dB(A)，也在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的85 dB(A)限值內(nèi)。因此，設(shè)備區(qū)作業(yè)場(chǎng)所的噪聲并不會(huì)對(duì)作業(yè)人員造成有害影響。

2.6 作業(yè)環(huán)境與周界環(huán)境

實(shí)測(cè)的變電站作業(yè)電磁環(huán)境和周界電磁環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)比如表4所示，周界值均小于作業(yè)場(chǎng)所值。

表4 變電站作業(yè)場(chǎng)所(設(shè)備區(qū))與周界電磁環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)比

變電站內(nèi)的高壓設(shè)備是周界電磁環(huán)境影響之源。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)變電站周界環(huán)境的限值:工頻電場(chǎng)4 kV/m;工頻磁場(chǎng) 100 μT;廠(周)界噪聲，由于黑龍江省內(nèi)變電站所建地，多數(shù)屬Ⅱ類地區(qū)(城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)，商業(yè)交通混合區(qū)、文化區(qū)一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū))，其限值為每日6時(shí)至22時(shí)為60 dB(A)，22時(shí)至次日6時(shí)為50 dB(A)。與變電站內(nèi)作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境限值差不多(作業(yè)場(chǎng)所工頻電場(chǎng)強(qiáng)度為5 kV/m，工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度100 μT，噪聲按8 h等效聲級(jí)為85 dB(A)，變電站內(nèi)作業(yè)場(chǎng)所的電場(chǎng)和噪聲受變電站四周圍墻及樹木的遮蔽而削弱，并隨著與高壓設(shè)備距離的增加而削弱，只要作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境在限值之內(nèi)，周界電磁環(huán)境必然滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。即使作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境有超標(biāo)現(xiàn)象，由于上述兩個(gè)削弱作用，周界電磁環(huán)境也基本上不會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，不會(huì)對(duì)周圍居民區(qū)等造成影響。通常情況下，工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)都遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值，不會(huì)對(duì)周界環(huán)境造成影響，唯一可能是廠界噪聲的影響。

2.7 變電站作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境的防護(hù)

從保護(hù)作業(yè)人員職業(yè)健康安全和周界環(huán)境的角度出發(fā)，可采取在電磁環(huán)境超標(biāo)區(qū)域設(shè)置防護(hù)柵及警示標(biāo)識(shí)、控制作業(yè)人員在戶外設(shè)備區(qū)的停留時(shí)間、通過或停留在工頻電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)區(qū)域時(shí)應(yīng)穿戴防護(hù)服、加強(qiáng)變電站作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境的檢測(cè)與技術(shù)監(jiān)督等防護(hù)措施，

3 結(jié)論

綜上所述，本文根據(jù)17座變電站作業(yè)場(chǎng)所工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)和噪聲的檢測(cè)結(jié)果得出如下結(jié)論:

1)控制室等室內(nèi)作業(yè)環(huán)境是絕對(duì)安全的，多數(shù)220 kV及以下等級(jí)的變電站設(shè)備區(qū)電磁環(huán)境及噪聲也是安全的，但是有部分220 kV變電站設(shè)備區(qū)的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度存在超標(biāo)現(xiàn)象。

2)電壓等級(jí)高的變電站電場(chǎng)強(qiáng)度要高于電壓等級(jí)低的變電站電場(chǎng)強(qiáng)度。

3)GIS組合電器的電磁強(qiáng)度降低了對(duì)作業(yè)人員的影響，設(shè)備區(qū)作業(yè)場(chǎng)所的噪聲并不會(huì)對(duì)作業(yè)人員造成有害的影響。

4)周界電磁環(huán)境值均小于作業(yè)場(chǎng)所值，可通過加強(qiáng)作業(yè)人員電磁防護(hù)工作，保證職業(yè)健康安全的實(shí)現(xiàn)。

［1］ DL/T799.7－2010，電力行業(yè)勞動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 (第7部分):極低頻電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)［S］．

［2］ GBZ/T189.8－2007，工作場(chǎng)所物理因素測(cè)量 (噪聲)［S］．

［3］ GB16203－1996，作業(yè)場(chǎng)所工頻電場(chǎng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［4］ GBZ/T189.3－2007，工作場(chǎng)所物理因素測(cè)量 (工頻電場(chǎng))［S］．

［5］ GBZ2.2－2007，工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值 (第2部分):物理因素［S］．