工頻電場與工頻磁場的在變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測中的方法對比

國網方城縣供電公司 李 明 魯克曄 王 成 張 穎 徐小艷

工頻電場與工頻磁場的在變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測中的方法對比

國網方城縣供電公司 李 明 魯克曄 王 成 張 穎 徐小艷

由于我國人民生產和生活水平的提高，對電量有了更高的要求。為了滿足日益增長的用電需求，電力企業(yè)也開始加快變電站的建設。但是在變電站建設和應用的過程中，也給人們的生活帶來電磁污染，影響到人們的正常生活和身體健康。本文通過比較工頻電場與工頻磁場監(jiān)測方法，為變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)構建奠定基礎。

工頻電場；工頻磁場；變電站；電磁環(huán)境信息監(jiān)測；對比

當前我國的經濟科技高速發(fā)展，不但促進了我國城市化的發(fā)展而且人們對電力的需求也在不斷擴大，原本比較空曠的變電站、高壓線架空線路等區(qū)域逐漸成為了城市中的一部分，使那些本來距離人們很遠的電力設備出現(xiàn)在人們周圍[1]。高壓線路以及變電站在為人們提供電能的同時，其產生的電磁輻射會對人們的身體健康產生不良影響，產生隱形的環(huán)境污染問題。當前變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測中最為可靠有效的方法就是利用監(jiān)測設備對周圍的情況進行監(jiān)測，再以實際的數據信息呈現(xiàn)出來。

1.工頻電場與工頻磁場的基本內容概述

1.1 工頻電場定義及特點概述

工頻電場主要是指50-60Hz的電荷隨時間正弦變化所產生的電場。工頻電場的主要特點表現(xiàn)如下：一，由于是電荷產生的電場，所以幾乎和磁場沒有關系；二，在整個變化的過程中磁場幾乎是零；三，可以利用靜電場的方法來具體運算；四，波長一般在6000千米或者是5000千米，不會產生電磁輻射。

1.2 工頻磁場定義及特點概述

工頻磁場主要指的是50-60Hz的電流隨著時間正線所產生的磁場。工頻磁場的主要特點是：一，磁場是由電流產生的因此和電場無關；二，在整個變化過程中電場幾乎為零；三，可以采用恒定磁場的方法來計算；四，磁力線為圍繞電流的閉合曲線。

1.3 監(jiān)測工頻電場和工頻磁場的意義

根據相關調查顯示，工頻電磁場對人們的神經功能會產生一定的影響，比如它可能會導致人體出現(xiàn)植物神經功能紊亂現(xiàn)象，繼而人體會出現(xiàn)疲勞感，影響到他們的睡眠質量，嚴重的話，甚至還可能造成人類記憶力減退，易于發(fā)生憂郁[2]。世界衛(wèi)生組織已經對電磁污染做出了界定，電磁污染對人們的健康構成嚴重的威脅，比如人們經常使用的計算機、手機、電磁爐等都會產生電磁污染。更有相關專家認為電磁輻射已經對人類構成了潛在的威脅。

2.變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測中工頻電場與工頻磁場監(jiān)測方法比較

2.1 變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測中工頻電場監(jiān)測方法

變電站電磁環(huán)境監(jiān)測過程中，使用工頻電場方法進行監(jiān)測，其測量原理是：工頻電場的強度是由電位懸浮的探頭進行測量。取樣電阻、電光轉化回路、金屬極板等組成了探頭。探頭上的兩塊金屬極板間會產生感應電壓，而這種感應電壓是由被測量的工頻電場產生的。感應電壓經過取樣電阻、電光轉換回路等設施，將電壓變成光信號。接收機上最后接收到的電場強度測量數據是通過光纖傳播的。工頻電場自身具備如下空間特征：其電場強度是空間矢量，因此電廠強度的方向以及大小都會隨著時間的變化而發(fā)生變化，因此在不同位置的電場強度必然不同。

在利用工頻電場方法監(jiān)測的過程中會受到一定因素的干擾影響到最后的測量結果：比如在測量的過程中有導電物體或者非導電物體的介入，會使原本的電場空間分布特征發(fā)生改變，需要測量的電場強度方向和大小會發(fā)生改變，介入到電場中的導電物體或者非導電物體表面分布的電場情況也會發(fā)生改變。

利用工頻電場進行測量的正確方法如下：測量人員自身也會對測量結果產生影響，因此在進行測量的過程相關人員應該遠離測量探頭，避免由于自身因素影響測量電場產生畸變。測量的過程中，探頭所放的區(qū)域電場分布應該比較均勻，探頭形狀無明顯要求，可以是任何一種形狀，但是測量時需要校準。

2.2 變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測中工頻磁場監(jiān)測方法

對電磁場的監(jiān)測，人們在很久以前就已經開始了。因此磁場監(jiān)測技術已經有很長的發(fā)展歷史。當前磁場測量設備已經應用到人們生活中的很多領域。在變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測中，工頻磁場監(jiān)監(jiān)測方法一般需要遵循相關的測量原理：測量工頻磁場的磁感應強度，通常情況下應用電位懸浮探頭，探頭主要是由取樣放大回路、感應線圈等相關設備組成的。需要測量的工頻磁場會在感應線圈上產生相應的感應電壓，感應電壓再經過取樣放大回路出現(xiàn)最后的測量數據。

整個監(jiān)測過程中需要遵循工頻磁場的空間特征，工頻磁場與工頻電場相似，它也是一個空間矢量。所以工頻磁場的方向和大小在不同位置也是不同的。利用電位懸浮探頭測量中，如果遇到非磁性物質的介入會使被測量的工頻磁場發(fā)生變化。相關的測量人員可以在測量的過程中，用一個小的電介質手柄支撐測量探頭，也可以直接由測量人員手持探頭。

3.變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測中工頻電場與工頻磁場方法實例分析

3.1 某變電站的電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

變電站的電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)最主要的目的就是為了監(jiān)測變電站的電磁環(huán)境，因此監(jiān)測的探頭通常是安裝在變電站高壓電氣設備附近，相關的顯示設備則是要充分考慮數據展示的作用，一般是安裝在變電站大門靠近站外馬路的位置。電磁環(huán)境監(jiān)測一般需要對當期的濕度、溫度、氣壓、工頻電場、工頻磁場等多項參數進行監(jiān)測，再將這些數據重新定義，之后按照通信規(guī)約發(fā)送給指定的顯示設備[3]。變電站周圍電磁環(huán)境通常比較惡劣，常用的傳輸媒介為光纖。下圖為某電力公司的電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)：

圖1 某電力公司電磁環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)

3.2 變電站工頻電場與工頻磁場的計算方法

變電站和輸電線路是不同的，因為在變電站里有不少的電氣設備，內部結構比較復雜，另外還由控制箱、構架以及引線等。所以變電站內的電場強度分布也不會像輸電線路那樣分布的比較均勻，所以一般采用統(tǒng)計概率分布方法來分析變電站附近區(qū)域的電場分布情況。工頻電場和工頻磁場的計算方法則更加復雜，矩量法為比較常見的方法。本文主要區(qū)分工頻電場與工頻磁場監(jiān)測方法的不同因此計算和測試方法討論不在本文的研究范圍之內。

3.3 工頻電場與工頻磁場在某變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測中的實際應用

該變電站周圍的地勢比較平坦，交通便利，地質條件良好，無壓文物或者礦產，地勢比較高，方便線路的進出。變電站主變容量為3×50MVA，接線方式為雙母線，主變設置在戶外，而配電裝置則是布置在屋內，為110V。該配電裝置采用的是GIS全封閉組合的電氣設備。測試的具體情況：測試時間為2015年4月20日，天氣晴朗。圖2 為該變電站的工頻電場與工頻磁場分布情況。

根據圖2我們發(fā)現(xiàn)該變電站站內地表處的工頻電場強度略高于工頻磁場強度，但是兩者差距不是十分明顯。另外，工頻電場強度和工頻磁場強度的最大值都位于距離墻面5米到10米的范圍之內，當距離超過30米后，變電站的工頻電場強度和工頻磁場強度都變化不明顯。

圖2 某變電站工頻電場與工頻磁場分布情況

4.總結

我國經濟的發(fā)展使人們對電力有了更大的需求，為了滿足人們的高需求，電力企業(yè)加大了對變電站、輸電線路的建設。但是這些電力基礎設施會產生一定的電磁輻射，對人們的身體健康和正常生活產生危害。變電站的電磁環(huán)境信息監(jiān)測體統(tǒng)可以對電磁輻射程度進行檢測，比如通過工頻電場、工頻磁場等方式檢測，最后以數字的形式呈現(xiàn)出來。

[1]湯紫霖.變電站工頻電磁環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)設計[D].武漢理工大學,2014.

[2]楊帆.輸變電設備工頻電場的正、逆問題及電磁環(huán)境研究[D].重慶大學,2008.

[3]殷曉紅,王立杰,佟瑤,張金麗,張亮.變電站作業(yè)場所電磁環(huán)境分析與評價[J].黑龍江電力,2013,02:162-165.