湖州長興地區(qū)輸變電工程工頻電磁場影響分析探討

胡家胤 王雪晴 王驊 陳趙飛

摘 ?要：隨著輸變電行業(yè)不斷擴容建設，高壓輸電線路及變電站對環(huán)境電磁輻射影響逐漸增大，近年來公眾環(huán)保意識日益增強，輸變電工程帶來的電磁環(huán)境問題也逐漸成為民眾關注的焦點問題。文章選取湖州長興地區(qū)作為研究對象，通過對輸變電線路、變電站周圍的電磁場監(jiān)測及理論預測，了解分析輸變電工程對環(huán)境的具體貢獻值。

關鍵詞：輸變電;工頻電磁場;電磁輻射環(huán)境影響

中圖分類號：TM72 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）19-0077-02

Abstract： With the continuous expansion of power transmission and substation construction， the influence of high-voltage transmission lines and substations on environmental electromagnetic radiation is gradually increasing and public awareness of environmental protection has been increasing in recent years; therefore， the problem of electromagnetic environment caused by power transmission and transformation projects has gradually become the focus of public concern. Based on the monitoring and theoretical prediction of the electromagnetic field around the transmission line and substation， the contribution of the transmission and transformation project to the environment is analyzed.

Keywords： transmission and transformation; power frequency electromagnetic field; electromagnetic radiation environmental impact

1 概述

隨著社會經濟和電力行業(yè)的發(fā)展，社會用電的需求越來越大，輸變電行業(yè)不斷擴容建設，高壓輸變電線路和變電站所帶來的電磁場稱為工頻電磁場。工頻電場和工頻磁場是控制輸變電線路走廊的重要參數(shù)，輸變電工程帶來的電磁環(huán)境問題也逐漸成為民眾關注的焦點問題。本文選取湖州長興地區(qū)作為研究對象，通過對輸變電線路、變電站周圍的電磁場監(jiān)測及理論預測，了解分析輸變電工程對環(huán)境的具體貢獻值。

2 分析方法及調查范圍

本文采取理論預測與實際調查測量的方法，分析湖州市長興縣轄區(qū)內的輸變電線路的電磁環(huán)境影響，理論預測部分選取220kV雙回路輸電線路作為研究對象。實際調查測量范圍包括3座110kV變電站，11條220kV輸電線路，15條110kV輸電線路，涵蓋了長興絕大部分地區(qū)。在2019年7月～2019年11月期間，對本次調查研究變電站及輸電線路周圍的民房、住宅、辦公場所等環(huán)境保護目標進行工頻電磁場監(jiān)測。調查范圍包括110kV變電站站界外30m范圍內;220kV架空輸電線路邊導線地面投影外兩側各40m的帶狀區(qū)域;110kV架空輸電線路邊導線地面投影外兩側各30m的帶狀區(qū)域;電纜管廊兩側邊緣各外延5m（水平距離）。監(jiān)測滿足《交流輸變電工程電磁環(huán)境檢測方法（試行）》（HJ 681-2013）的相關方法及要求，并且檢測期間無論是輸電線路還是變電站都運行正常。

3 工頻電場強度

3.1 理論預測

按照HJ/T-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》附錄中推薦的相關模式來進行工頻電場實際強度的計算。首先，通過驚嚇法來進行送電線等效電荷的計算，然后再通過等效電荷來進行高壓線路下空間工頻電場強度的計算。

多導線線路中導線上的等效電荷可由下列矩陣方程計算得出：

式中：[U]：各導線對地電壓的單列矩陣，從環(huán)境保護考慮以額定電壓的1.05倍作為計算電壓;[Q]：各導線上等效電荷的單列矩陣;[λ]：各導線的電位系數(shù)組成的n階方陣（n為導線數(shù)目）。

空間任意一點的電場強度可根據迭加原理計算得出，在（x，y）點的電場強度分量Ex和Ey可表示為：

選擇導線分裂距離為400mm的220kV雙回路典型塔型進行理論預測，若是導線最大弧垂高度是離地面6.5m，那么逆向序列導線所產生最大工頻電場強度則是6.914kV/m;若是離線路中心位置距離為15m，若是導線最大弧垂離地面的距離是9m，那么最大工頻電場的強度則是3.5kV/m;若是離線路中心位置距離為十五米，若是導線最大弧垂離地面的距離是9m，那么最大工頻電場的強度則是3.721kV/m。

3.2 實際測量結果

本研究對長興地區(qū)工頻電場強度共測得247組監(jiān)測數(shù)據，監(jiān)測值最低為0.134V/m，監(jiān)測值最高為2171V/m，對監(jiān)測數(shù)據分段統(tǒng)計見圖1。

從圖1看出，監(jiān)測值處于0.2～0.5kV/m的監(jiān)測點位最多，占比26%，監(jiān)測值處于0.02～0.5kV/m的監(jiān)測點位占比達到76.1%，因此可認為，長興地區(qū)的民房、住宅、辦公場所等環(huán)境保護目標工頻電場強度普遍處于0.02～0.5kV/m范圍內，未發(fā)現(xiàn)高于4kV/m的監(jiān)測點。

4 工頻磁感應強度

4.1 理論預測

按照HJ/T-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》附錄中推薦的相關模式來進行工頻磁感應強度的計算，因為工頻情況下，電磁場可能是準靜態(tài)的，線路磁場產生的原因是電流，在空間任何一點中，輸電線路出現(xiàn)的工頻磁場都能夠根據安培定律，根據矢量疊加的原理來計算。在空間任何一點中，輸電線路出現(xiàn)的工頻磁場感應強度公式如下：

式中：B：磁感應強度，T;H：磁場強度，A/m;μ0：真空中的磁導率（μ=4π×10-7A/m）;I：導線i中的電流值，A;r：第i相導線至計算點處的直接距離，m。

按照以上方法，選擇導線分裂距離為400mm的220kV雙回路典型塔型進行理論預測，當導線最大弧垂處離地高度為6.5m時，那么線路最大工頻磁感應強度則是7.137×10-3mT，出現(xiàn)在距線路中心15m處;若是導線最大弧垂離地面的高度是7.5m，那么線路最大工頻磁感應強度則是6.263×10-3mT，出現(xiàn)在距線路中心15m處;若是導線最大弧垂離地面的高度是7.5m，那么線路最大工頻磁感應強度則是5.376×10-3mT，出現(xiàn)在距線路中心14m的位置。

4.2 實際測量結果

本研究對長興地區(qū)工頻磁感應強度共測得247組監(jiān)測數(shù)據，監(jiān)測值最低為0.005？滋T，監(jiān)測值最高為6.27？滋T，對監(jiān)測數(shù)據分段統(tǒng)計見圖2。

從圖2及監(jiān)測數(shù)據看出，監(jiān)測值處于0.1～0.5？滋T的監(jiān)測點位最多，占比27.9%，監(jiān)測值處于0.005～5？滋T的監(jiān)測點位占比達99.6%，因此可認為，長興地區(qū)的民房、住宅、辦公場所等環(huán)境保護目標工頻電場強度普遍處于0.005～5？滋T范圍內，未發(fā)現(xiàn)高于100？滋T的監(jiān)測點。

5 結論分析

《電磁環(huán)境控制限值》（GB8702-2014）要求頻率為50Hz輸變電線路，公眾曝露控制限值電場強度4000V/m、磁感應強度100？滋T，長興地區(qū)線路沿線環(huán)境保護目標處工頻電場強度為（3.8×10-3～4.0×10-3）kV/m，工頻磁感應強度為（0.032×10-3～0.036×10-3）mT，與理論計算結論吻合，均滿足《電磁環(huán)境控制限值》（GB8702-2014）要求。并且根據理論分析結果，新建220kV及以下電壓等級線路的在滿足電力設施保護要求的情況下，工頻磁感應強度基本都能滿足標準要求，但是新建線路經過居民區(qū)附近時，以及220kV同塔雙回路逆相序排列、鐵塔架設，導線最大弧垂處對地高度不小于9.0m時，線路運行產生的工頻電場強度才能夠充分滿足相應的標準要求。

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