輸電線路工頻電磁場監(jiān)測分析及防護(hù)措施

佟 瑤，紀(jì)偉光，殷曉紅，劉 旸

(1．黑龍江省電力科學(xué)研究院，哈爾濱150030;2．華電青島發(fā)電有限公司，山東青島266033;3．哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所有限公司，哈爾濱150046)

高壓輸電線路的電磁輻射及其防治措施已成為近年來電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。運(yùn)行中的高壓輸電線路的電暈放電和火花放電必然產(chǎn)生工頻電磁場，一旦超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)限值時(shí)，便有可能造成電磁污染。因此，本文以具有代表性的220 kV和110 kV單、雙回輸電線路為例，介紹黑龍江省電力科學(xué)研究院對本省電網(wǎng)輸電線路工頻電磁場的監(jiān)測結(jié)果分析，探討分布規(guī)律以及影響輸電線路工頻電磁場的因素及控制措施。

1 工頻電場和磁場的監(jiān)測方法

1.1 測量儀器

德國EFA300型低頻電磁場分析儀，頻率監(jiān)測范圍為5～32 kHz，具有三維各向同性測量探頭(無方向性)、0.1～200 kV/m大動態(tài)電場測量范圍和1 nT～20 mT大動態(tài)磁場測量范圍。

1.2 測量條件

1)電磁場分析儀及其絕緣支撐物應(yīng)保持干燥、清潔狀態(tài)，以減少測量誤差。

2)測量時(shí)測試人員距離儀器5 m，同時(shí)作業(yè)人員距儀器5 m處，盡量減小人體對所測電場強(qiáng)度的影響。

3)測量時(shí)關(guān)閉或不使用輻射電磁場的便捷式設(shè)備(如移動電話等)，以減小對所測點(diǎn)電場強(qiáng)度的影響。

4)在標(biāo)準(zhǔn)允許的環(huán)境溫度和濕度下進(jìn)行測試。

1.3 測點(diǎn)布置［1］

測量地點(diǎn)應(yīng)該選在地勢平坦、遠(yuǎn)離樹木，且沒有其他電力、通信及廣播線路的空地上。探頭與永久性物體(包括植物)之間的距離大于探頭最大對角線的2倍。根據(jù)實(shí)際測量經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)測點(diǎn)無法避及植物時(shí)，植物不得超出探頭高度，否則由于植物的遮擋，將影響測量精度。

在滿足上述條件下，選擇1個(gè)有代表性的檔距，以檔距中央導(dǎo)線弧垂最大處線路中心的地面投影點(diǎn)(即距離中心導(dǎo)線對地投影點(diǎn)0 m距離處)為測試原點(diǎn)，沿垂直于線路方向進(jìn)行，每隔5 m設(shè)定1個(gè)測點(diǎn)，按順序測至邊相導(dǎo)線地面投影點(diǎn)外50 m處止。特殊情況下(如:進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)研究或存在敏感點(diǎn)時(shí))，可酌情將測點(diǎn)間距縮小至0.5～1 m。即測點(diǎn)應(yīng)選擇在導(dǎo)線檔距中央弧垂最低位置的橫截面上，如圖1所示。

圖1 輸電線路下工頻電場和磁場監(jiān)測試驗(yàn)測點(diǎn)布置

單回送電線路以弧垂最低位置中相導(dǎo)線對地投影點(diǎn)為起點(diǎn)，同塔多回送電線路以弧垂最低位置檔距對應(yīng)兩鐵塔中央連線對地投影點(diǎn)為起點(diǎn)，測量點(diǎn)均勻分布在邊相導(dǎo)線兩側(cè)的橫截面方向上。

1.4 評價(jià)范圍與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［2］

以送電線路走廊兩側(cè)30m帶狀區(qū)域范圍內(nèi)為工頻電場和磁場的評價(jià)范圍。

按HJ/T 24－1998《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，以4 kV/m作為居民區(qū)工頻電場評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以0.1 mT作為公眾全天輻射的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 測量過程

按照上述測量條件中的要求進(jìn)行，每個(gè)測量點(diǎn)連續(xù)測量5次，每次測量時(shí)間不少于1 s，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)最大值。若測量讀數(shù)起伏較大，則每1 min讀一個(gè)數(shù)，取5 min的平均值為測量讀數(shù)。

2 220 kV和110 kV輸電線路工頻電磁場監(jiān)測結(jié)果及分布規(guī)律

2.1 代表性輸電線路簡介

具有代表性的不同電壓等級的輸電線路及其相關(guān)參數(shù)和監(jiān)測時(shí)的氣象條件如表1所示。

表1 代表性輸電線路主要設(shè)計(jì)參數(shù)及監(jiān)測氣象條件

2.2 220 kV雙回輸電線路工頻電磁場監(jiān)測結(jié)果與分析

對牡亞線、亞尚線、牡海甲乙線、溫海甲乙線4條220 kV最大弧垂不同的雙回輸電線路，測量電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度，結(jié)果分別如圖1、圖2所示。

圖1 220 kV雙回輸電線路工頻電場監(jiān)測結(jié)果

圖2 220 kV雙回輸電線路工頻磁場監(jiān)測結(jié)果

由圖1、圖2可知，4條輸電線路的電場強(qiáng)度均低于4 kV/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度均低于0.1 mT。隨著測點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對地投影點(diǎn)距離的增加，4條輸電線路電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度變化呈現(xiàn)出相似的規(guī)律:隨著測點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對地投影點(diǎn)距離的增加而逐漸減小，且在0～20 m范圍顯著減小，當(dāng)測點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對地投影點(diǎn)距離大于20 m時(shí)，減小程度逐漸緩慢。這個(gè)規(guī)律與文獻(xiàn)中報(bào)道的內(nèi)容相似［3］，其中牡亞線和亞尚線弧垂高度分別為12 m和11.9 m，牡海甲乙線和溫海甲乙線弧垂高度均為13 m?；〈垢叨认嗨频膬蓷l線路，其電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度相差不大，而弧垂高度較高的牡亞線和亞尚線的電磁場監(jiān)測結(jié)果明顯小于弧垂高度較低的牡海甲乙線和溫海甲乙線。上述結(jié)果表明，導(dǎo)線對地高度對輸電線路工頻電磁場具有一定的影響，增加導(dǎo)線對地高度能夠有效降低輸電線路的工頻電磁場。

2.3 220 kV單回輸電線路工頻電磁場監(jiān)測結(jié)果與分析

對鶴聯(lián)乙線和鶴東乙線2條220 kV最大弧垂不同的單回輸電線路，測量電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度，結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 220 kV單回輸電線路工頻電場監(jiān)測結(jié)果

圖4 220 kV單回輸電線路工頻磁場監(jiān)測結(jié)果

從圖3、圖4可以看到，2條輸電線路的電場強(qiáng)度均低于2 kV/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度均低于0.5 μT，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)限值。鶴聯(lián)乙線(最大弧垂為25 m)的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于鶴東乙線(最大弧垂為14.3 m)，隨著測點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對地投影點(diǎn)距離的從0 m增加至10 m，鶴聯(lián)乙線電場強(qiáng)度變化不大，均維持在700 V/m，當(dāng)該距離大于10 m時(shí)，電場強(qiáng)度略有減小。2條線路磁感應(yīng)強(qiáng)度均隨測點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對地投影點(diǎn)距離的增加逐漸衰減，當(dāng)該距離大于15 m時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度衰減程度較小。

2.4 110 kV雙回輸電線路工頻電磁場監(jiān)測結(jié)果與分析

對北烏甲線、電廠甲線、新湯線、新熱線4條110 kV最大弧垂不同的雙回輸電線路，測量電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度，其結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 110 kV雙回輸電線路工頻電場監(jiān)測結(jié)果

圖6 110 kV雙回輸電線路工頻磁場監(jiān)測結(jié)果

對比圖5、圖6結(jié)果可以看到，4條輸電線路的電場強(qiáng)度均低于4 kV/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度均低于0.1 mT。隨著測點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對地投影點(diǎn)距離的增加，4條110 kV輸電線路電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度變化規(guī)律同220 kV雙回輸電線路相似?；〈垢叨认嗨频膬蓷l線路，其電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度相差不大，說明電壓等級不同的輸電線路，電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度衰減規(guī)律相似，且線路弧高是影響電磁場的主要因素之一。

上述分析結(jié)果表明:220 kV和110 kV輸電線路工頻電磁場監(jiān)測結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求，電場強(qiáng)度均小于4 kV/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度均低于0.1 mT;220 kV與110 kV兩種不同電壓等級輸電線路工頻電磁場衰減特性基本一致，均隨測點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對地投影點(diǎn)距離的增加而逐漸減小，說明輸電線路的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度與輸電線路導(dǎo)線高度密切相關(guān)［4－5］。

3 輸電線路工頻電磁場的影響因素及控制措施

3.1 輸電線路工頻電磁場的影響因素

3.1.1 導(dǎo)線對地高度的影響

上述監(jiān)測結(jié)果證明了工頻電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度隨輸電線路對地高度的增加而減小，隨測點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對地投影點(diǎn)距離的增加也減少，說明導(dǎo)線對地高度和距離中心導(dǎo)線的距離均為影響輸電線路工頻電磁場的主要因素。此外，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，輸電線路的不同導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、布置形式等方面也會對工頻電場磁場產(chǎn)生影響［6］，但導(dǎo)線對地高度對地面場強(qiáng)的影響最大，通過抬高相導(dǎo)線架設(shè)高度來控制地面場強(qiáng)的效果最為明顯［7］。

3.1.2 導(dǎo)線布置方式的影響

當(dāng)導(dǎo)線由水平排列改為三角形排列時(shí)，場強(qiáng)最大值以及高場強(qiáng)區(qū)的范圍均有所減小。三相正三角布置時(shí)，地面工頻電場強(qiáng)度最大值最小;但是正三角布置時(shí)地面工頻電場強(qiáng)度所覆蓋的高場強(qiáng)區(qū)域大于倒三角排列時(shí)的情況，因此倒三角排列效果最好［8］。

3.1.3 導(dǎo)線參數(shù)的影響

在計(jì)算工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，等效半徑不作考慮，只對導(dǎo)線實(shí)際空間位置進(jìn)行考慮，故導(dǎo)線參數(shù)變化不會對磁感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。而計(jì)算工頻電場強(qiáng)度時(shí)，則應(yīng)用等效電荷法，這時(shí)導(dǎo)線等效半徑對于導(dǎo)線線下場強(qiáng)的影響起著主要作用，且隨著分裂半徑、分裂根數(shù)、導(dǎo)線半徑的增大，工頻電場強(qiáng)度亦隨之增大。

3.1.4 相間距離

相間距離指的是相間的垂直距離和水平距離，相間距離減小可以使工頻電場強(qiáng)度降低，但其效果不如加大導(dǎo)線對地高度明顯。

3.1.5 導(dǎo)線相序

就同塔雙回和多回線路來看，相序排列的形式對工頻電磁場有著較大的影響。通過對相序排列的模擬，即同序列和逆序列兩種形式進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果顯示，不同的相序排列形式對工頻電磁場亦有不同的影響，且相比于同相序排列，逆相序排列的影響較小。

3.2 輸電線路工頻電磁場的控制措施

盡管上述的監(jiān)測結(jié)果均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，但為進(jìn)一步減少輸電線路對環(huán)境和公眾健康的電磁輻射影響，輸電線路的建設(shè)應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)，在工程設(shè)計(jì)和建設(shè)運(yùn)行過程中，采取行之有效的控制措施，以保護(hù)環(huán)境和公眾身體健康。

1)線路路徑盡可能避開沿途村鎮(zhèn)、學(xué)校，盡量避免或減少線路跨越民房的情況。經(jīng)過居民區(qū)的路段應(yīng)在設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上適當(dāng)提高架設(shè)高度，使線路走廊附近環(huán)境(包括建筑物)工頻電磁場處于合理的水平［8］。

2)工作人員在進(jìn)行線路巡查等工作時(shí)應(yīng)注意個(gè)人防護(hù)，配備防護(hù)用具，如防護(hù)服、專用護(hù)目鏡等，應(yīng)盡可能減少作業(yè)時(shí)間和非作業(yè)停留時(shí)間。

3)輸電線路在設(shè)計(jì)過程中，通過選擇合理的導(dǎo)線間距和布置方式，減小導(dǎo)線等效半徑，優(yōu)化相序排列等方式對輸電線路工頻電磁場進(jìn)行控制，經(jīng)過居民區(qū)的線路應(yīng)在設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上應(yīng)適當(dāng)提高導(dǎo)線架設(shè)高度。

4)要定期監(jiān)測運(yùn)行中的輸電線路，如發(fā)現(xiàn)有電磁輻射超標(biāo)情況，應(yīng)積極采取有效措施進(jìn)行技術(shù)更新和改造，并懸掛標(biāo)識牌，提醒作業(yè)人員注意。

4 結(jié)語

通過分析不同電壓等級輸電線路工頻電磁場監(jiān)測結(jié)果，了解輸電線路工頻電磁場水平，掌握了不同電壓等級輸電線路工頻電磁場衰減規(guī)律，并針對輸電線路工頻電磁場的影響因素，根據(jù)環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，提出了輸電線路工頻電磁場的有效控制措施，既保證了電力行業(yè)健康有序地發(fā)展，又保護(hù)了環(huán)境。

［1］ DL/T 988－2005，高壓交流架空送電線路、變電站工頻電場和磁場測量方法［S］．

［2］ HJ/T24－1998，500 kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)規(guī)范［S］．

［3］ 朱艷秋，宋曉東，趙志勇.220 kV高壓輸電線路工頻電磁場影響因素研究［J］．電力科技與環(huán)保，2011(1):5 －8．

［4］ 林海泉，朱鄭艷，姜衍．輸變電工程工頻電磁場分布特性及防護(hù)措施［J］．浙江電力，2011(2):18－20．

［5］ 曾東瑜，錢藝華.500 kV變電站工頻電磁場強(qiáng)度分布特點(diǎn)及防護(hù)措施［J］．江西電力，2006(6):47－48．

［6］ 張利庭，胡白雪，周浩．特高壓輸電線路下方工頻電磁場的研究［J］．能源與環(huán)境，2006(4):49－53．

［7］ 李剛，童曉，李君毅．特高壓輸電線路工頻電磁場的影響因素分析［J］．浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008(1):60－64．

［8］ 楊維秋，翟國慶．環(huán)境電磁監(jiān)測與評價(jià)［M］．杭州:浙江大學(xué)出版社，2011．