變電站與輸電線路的電磁環(huán)境影響水平分析與測試評估——以部分220kV及110kV輸變電設施為例

高 鵬

(四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測中心站，成都 610031)

1 前言

輸變電工程是為滿足國民經(jīng)濟發(fā)展及人民生活水平提高對電力的需求而建設。輸變電工程的環(huán)境影響，一般包括對生態(tài)環(huán)境的影響、水土流失的影響、線路走廊的土地占用、選線選址與相關規(guī)劃的符合性和相容性，電磁環(huán)境影響，甚至景觀影響［1］。但是當輸變電工程投入運行后其電磁環(huán)境成為主要的環(huán)境影響問題。輸變電工程電磁環(huán)境影響因子為工頻電場、工頻磁感應強度、無線電干擾、噪聲等。

本文通過對220kV輸變電工程、110kV輸變電工程的現(xiàn)場監(jiān)測，分析了上述兩種不同電壓等級的輸變電工程在各自實際運行中的工頻電場強度及工頻磁感應強度的距離變化情況，對人們認知輸變電工程設施影響與水平有十分重要的意義。

2 工頻的釋義、工頻電場強度及工頻磁場強度的特點

工頻是指交流電的工作頻率，單位Hz，在我國，工頻頻率為50Hz，其波長為6000km［2］。

工頻電場是一種隨50Hz頻率交替變化的準靜態(tài)場。這些場是由電荷產(chǎn)生的，當高壓裝置帶電時，電荷分布在其表面，在導體周圍的空間存在著一種物質(zhì)，對放在其中的任何電荷表現(xiàn)為力的作用，這種特殊物質(zhì)叫做電場。電場中各點電場的強弱和方向的物理量叫做電場強度，單位為V/m。

工頻磁場也是一個準靜態(tài)場，這種準靜態(tài)性質(zhì)允許把電場及磁場分別進行討論，而不會互相影響。輸變電設施的工頻磁場僅由電流產(chǎn)生。電流隨用電負荷的變化而變化，從而工頻磁場強度也隨之變化，電流通過導體，則導體周圍就存在磁場，其單位為 T［2］。

3 輸變電設施的電磁特性

輸變電設施包括變電站和輸電線路。

變電站是電力輸送環(huán)節(jié)當中變換電壓的設施，站內(nèi)的設備總體上可以分為兩部分:主變壓器和進出線及電氣設備。變電站布置方式分為4類:第一類戶外式，主變壓器和進出線裝置均位于室外;第二類半戶內(nèi)式，主變壓器位于室內(nèi)，其余設備全部置于室內(nèi);第三類戶內(nèi)式，將主變、進出線裝置全部置于建筑物室內(nèi);第四類地下式，即將主變、進出線裝置全部置于地下，實際是戶內(nèi)式變電站的一種。變電站運行時會產(chǎn)生工頻電場、工頻磁場和無線電干擾。工頻電、磁場屬感應場，頻率極低，傳播性能很差，因而會隨著距離的增加而迅速減小。變電站對周圍電磁環(huán)境的貢獻主要取決于3個因素:一是電壓等級大小;二是變電站進出線設備的形式;三是整個變電站的布置方式。

高壓輸電線是連接變電站之間的有一定電壓等級的金屬線，包括架空電線和地下電纜線。輸電線路運行時同樣會產(chǎn)生工頻電場、工頻磁場和無線電干擾。對于架空輸電線路，決定其對電磁環(huán)境貢獻的主要因素有:電壓等級、導線回數(shù)、導線排列方式、導線大小 (包括線徑和分裂導線數(shù)量、分裂間距)、對地高度等。

4 工頻電磁場與電磁輻射的區(qū)別

用“電磁輻射”描述輸變電設施產(chǎn)生的工頻電場、磁場不確切概念，經(jīng)常在社會上傳播增加了公眾的誤解與擔憂。輸變電設施產(chǎn)生的是工頻電場和工頻磁場。

電磁輻射的概念是指電磁能量從輻射源發(fā)射到空間，在電場與磁場之間以波阻抗聯(lián)系交變在空間以電磁波的形式傳播的能量流現(xiàn)象，電磁輻射能量的大小與波源的頻率有關，頻率越高，即波長越短，越容易產(chǎn)生電磁輻射并形成電磁波。在臨近輸電線路或電力設施的周圍環(huán)境中產(chǎn)生工頻電場與工頻磁場，它們屬于低頻感應場。其波長達6000km，按照天線理論，要想成為有效的輻射源，其天線必須具有與波長可比的長度。相對于如此長的“波”而言，輸電線路本身的長度遠遠不足以構成有效的“發(fā)射天線”，從而不能形成有效的輻射［3］。

5 輸變電設施的實測數(shù)據(jù)分析

5.1 變電站

監(jiān)測110kV、220kV變電站，包括了戶內(nèi)式和戶外式布置方式的多個變電站進行詳細調(diào)查。將調(diào)查數(shù)據(jù)繪制曲線如下，各圖中每條不同顏色的曲線都代表了一個變電站測值隨距離變化的趨勢。詳見圖1～圖8，表1～表6。

圖1 220kV戶外變電站工頻電場強度距離變化曲線Fig.1 power frequency electric field intensity-distance curve of 220kV outdoor substations

表1 220kV戶外變電站工頻電場強度測量數(shù)據(jù)Tab.1 Monitoring data of power frequency electric field intensity of 220kV outdoor substations

圖2 220kV戶外變電站工頻磁場強度距離變化曲線Fig.2 Power frequency magnetic field strength-distance curve of 220kV outdoor substations

表2 220kV戶外變電站工頻磁場強度測量數(shù)據(jù)Tab.2 Monitoring data of power frequency magnetic field data strength of 220kV outdoor substations

圖3 110kV戶外變電站工頻電場強度距離變化曲線Fig.3 Power frequency electric field intensity-distance curve of 110kV outdoor substations

表3 110kV戶外變電站工頻電場強度測量數(shù)據(jù)Tab.3 Monitoring data power frequency electric field intensity of 110kV outdoor substations

圖4 110kV戶外變電站工頻磁場強度距離變化曲線Fig.4 Power frequency magnetic field strengthdistance curve of 110kV outdoor substations

表4 110kV戶外變電站工頻磁場強度測量數(shù)據(jù)Tab.4 Monitoring data power frequency magnetic field strength of 110kV outdoor substations

220kV戶外式變電站工頻電場強度以圍墻為起點，30m內(nèi)處于10-1kV/m數(shù)量級;工頻磁感應強度30m內(nèi)處于10-4mT數(shù)量級。110kV戶外式變電站工頻電場強度以圍墻為起點，50m內(nèi)處于10-2kV/m數(shù)量級，最大8.5×10-2kV/m，隨著距離增加而減小;工頻磁感應強度50m內(nèi)處于10-4mT至10-5mT數(shù)量級，隨著距離增加而減小。

220kV戶內(nèi)式變電站外的工頻電場強度隨距離的整體變化很小，2～6m范圍內(nèi)0.003～0.007kV/m，從8m開始均為0.003kV/m。工頻磁場感應強度仍處于10-4mT數(shù)量級甚至更低的10-5mT數(shù)量級，總體較小，從數(shù)據(jù)曲線上看是隨距離的增大而逐漸減小的規(guī)律。

圖5 220kV戶內(nèi)變電站工頻電場強度距離變化曲線Fig.5 Power frequency electric field intensitydistance curve of 220kV indoor substations

圖6 220kV戶內(nèi)變電站工頻磁場強度距離變化曲線Fig.6 Power frequency magnetic field strengthdistance curve of 220kV indoor substations

表5 220kV戶內(nèi)變電站工頻電場、工頻磁場強度測量數(shù)據(jù)Tab.5 Monitoring data power frequency electric field intensity and power frequency magnetic field strength of 220kV indoor substations

圖7 110kV戶內(nèi)變電站工頻電場強度距離變化曲線Fig.7 Power frequency electric field intensitydistance curve of 110kV indoor substations

圖8 110kV戶內(nèi)變電站工頻磁場強度距離變化曲線Fig.8 Power frequency magnetic field strengthdistance curve of 110kV indoor substations

表6 110kV戶內(nèi)變電站工頻電場、工頻磁場強度測量數(shù)據(jù)Tab.6 Monitoring data of power frequency electric field intensity and power frequency magnetic field strength of 110kV indoor substations

110kV室內(nèi)變電站外的工頻電場強度均為0.003kV/m;工頻磁場感應強度處于10-4mT數(shù)量級甚至更低的10-5mT數(shù)量級，總體較小，從數(shù)據(jù)曲線上看是隨距離的增大而逐漸減小的規(guī)律。

5.2 輸電線路

監(jiān)測選取了110kV、220kV輸電線路，包括了架空線路和地下電纜的多條線路進行詳細調(diào)查。將調(diào)查數(shù)據(jù)繪制曲線如下，各圖中每條不同顏色的曲線都代表了一條線路測值隨距離變化的趨勢。詳見圖9～圖14，表7～表12。

圖9 220kV架空輸電線路工頻電場強度距離變化曲線Fig.9 Power frequency electric field intensity-distance curve of 220kV overhead transmission lines

表7 220kV架空輸電線路工頻電場測量數(shù)據(jù)Tab.7 Monitoring data of power frequency electric field intensity of 220kV overhead transmission lines

圖10 220kV架空輸電線路工頻磁感應強度距離變化曲線Fig.10 Power frequency magnetic field strength-distance curve of 220kV indoor overhead transmission lines

表8 220kV架空輸電線路工頻磁場測量數(shù)據(jù)Tab.8 Monitoring data of power frequency magnetic field strength of 220kV overhead transmission lines

圖11 110kV架空輸電線路工頻電場強度距離變化曲線Fig.11 Power frequency electric field intensity-distance curve of 110kV overhead transmission lines

表9 110kV架空輸電線路工頻電場測量數(shù)據(jù)Tab.9 Monitoring data of power frequency electric field intensity of 110kV overhead transmission lines

圖12 110kV架空輸電線路工頻磁感應強度距離變化曲線Fig.12 Power frequency magnetic field strength-distance curve of 110kV indoor overhead transmission lines

表10 110kV架空輸電線路工頻磁場測量數(shù)據(jù)Tab.10 Monitoring data of power frequency magnetic field strength of 110kV overhead transmission lines

可以看出，架空線路導線裸露，并有桿塔支撐于空中，將感應產(chǎn)生較大的工頻電磁場。調(diào)查區(qū)內(nèi)110kV電壓等級以上的架空高壓線路均留有電力走廊，邊導線外5m無居民點。邊導線5m外，工頻電場強度降至2kV/m以下，工頻磁感應強度2×10-3mT以下，均低于相應國家標準。且城區(qū)電力走廊一般留有充足的距離，形成綠化帶，通常綠化帶外居民位置距離線路邊導線更遠。

圖13 地下輸電電纜工頻電場強度距離變化曲線Fig.13 Power frequency electric field intensitydistance curve of underground cables

表11 110kV架空輸電線路工頻電場測量數(shù)據(jù)Tab.11 Monitoring data of power frequency electric field intensity of underground cables

表12 110kV架空輸電線路工頻磁場測量數(shù)據(jù)Tab.12 Monitoring data of power frequency magnetic field strength of underground cables

圖14 地下輸電電纜工頻磁感應強度距離變化曲線Fig.14 Power frequency magnetic field strengthdistance curve of underground cables

電纜線路產(chǎn)生的工頻電場測值絕大多數(shù)為0.003kV/m;各電纜線路產(chǎn)生的工頻磁感應強度測值隨距離變化的明顯趨勢:在0～10m這個距離區(qū)間中，工頻磁感應強度衰減速度非?？?，在10m之后的區(qū)間衰減才趨于平緩。5m以外工頻磁感應強度可降至10-4mT數(shù)量級，20m以外降至10-5mT數(shù)量級。

6 電力設施影響與水平

將上述電力設施的實測值一般環(huán)境中工頻電、磁場實測值相比較。

變電站:220kV或以下等級的戶外式布置變電站的主變、帶電裝置裸露于戶外，變電站運行時產(chǎn)生的工頻電、磁場受屏蔽、遮擋小，對臨近區(qū)域的貢獻較為明顯，但其最大工頻電場測值一般僅為國家標準的數(shù)十分之一，工頻磁場測值則僅為數(shù)百分之一;從測值變化規(guī)律來看，工頻電、磁場隨距離增大衰減迅速，一般距離設施20m以上即降至與一般環(huán)境中的測值相當;戶內(nèi)變電站的電設備均處于墻體內(nèi)，其產(chǎn)生的工頻電場被墻體屏蔽，變電站外測值很小，以圍墻為界，工頻電場測值一般與一般環(huán)境中的測值相當，工頻磁場受到的屏蔽不明顯，測值變化趨勢與室外變電站測值類似。總體來看，戶外站和戶內(nèi)站的貢獻范圍都較小。

輸電線路:110kV、220kV架空輸電線路導線裸露，線路運行時產(chǎn)生的工頻電、磁場受屏蔽、遮擋小，對臨近區(qū)域的貢獻較為明顯，但邊導線5m外，工頻電場強度降至2kV/m以下，工頻磁感應強度2×10-3mT以下，均低于相應國家標準。從測值變化規(guī)律來看，工頻電、磁場隨距離增大衰減迅速，一般距離設施30m以上即降至與一般環(huán)境中的測值相當;地下電纜埋于地下，其產(chǎn)生的工頻電場受線路自身絕緣層、地面等屏蔽，工頻電場測值很小，即便位于線路正上方，測值也與一般環(huán)境中的測值相當;線路產(chǎn)生的工頻磁場受到的屏蔽不明顯，測值變化趨勢與架空線路測值類似。測值不難看出，輸電線路的貢獻范圍也非常有限，地下電纜比架空線路貢獻范圍更小。

7 結論及建議

7.1 結論

根據(jù)《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術規(guī)范》HJ/T24-1998［4］中推薦的相關限值，結合實際監(jiān)測數(shù)據(jù)看出，輸變電設施的輻射水平相對較低，對環(huán)境的貢獻值非常有限，且產(chǎn)生的工頻電場強度及工頻磁場強度均隨與其距離的增大而明顯減小。故綜上所述，輸變電設施的電磁環(huán)境現(xiàn)狀對環(huán)境的影響較小。

7.2 建議

輸變電設施的業(yè)主單位及相關監(jiān)管單位應該加大宣傳力度，樹立人們對輸變電設施電磁環(huán)境影響的正確認知，科學客觀的的理解其存在的必要性和意義。

［1］鄔 雄，萬保權.輸變電工程的電磁環(huán)境［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］趙亞民，張林昌，蔣忠涌.電磁輻射講義［M］.北京:國家環(huán)境保護局監(jiān)督管理司，1996.

［3］高壓輸變電設施電磁輻射科普知識［EB/OL］.http://www.baike.com/wiki/%E5%B7%A5%E9%A2%91%E7%94%B5%E7%A3%81%E5%9C%BA＆prd=button_doc_jinr，2013-1-15.

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