输电线路工频电磁场监测分析及防护措施

2013-03-05纪伟光殷晓红

黑龙江电力 2013年2期

佟瑶，纪伟光，殷晓红，刘旸

(1．黑龙江省电力科学研究院，哈尔滨150030;2．华电青岛发电有限公司，山东青岛266033;3．哈尔滨电站设备成套设计研究所有限公司，哈尔滨150046)

高压输电线路的电磁辐射及其防治措施已成为近年来电网环境保护的重要研究课题。运行中的高压输电线路的电晕放电和火花放电必然产生工频电磁场，一旦超过国家标准规限值时，便有可能造成电磁污染。因此，本文以具有代表性的220 kV和110 kV单、双回输电线路为例，介绍黑龙江省电力科学研究院对本省电网输电线路工频电磁场的监测结果分析，探讨分布规律以及影响输电线路工频电磁场的因素及控制措施。

1 工频电场和磁场的监测方法

1.1 测量仪器

德国EFA300型低频电磁场分析仪，频率监测范围为5～32 kHz，具有三维各向同性测量探头(无方向性)、0.1～200 kV/m大动态电场测量范围和1 nT～20 mT大动态磁场测量范围。

1.2 测量条件

1)电磁场分析仪及其绝缘支撑物应保持干燥、清洁状态，以减少测量误差。

2)测量时测试人员距离仪器5 m，同时作业人员距仪器5 m处，尽量减小人体对所测电场强度的影响。

3)测量时关闭或不使用辐射电磁场的便捷式设备(如移动电话等)，以减小对所测点电场强度的影响。

4)在标准允许的环境温度和湿度下进行测试。

1.3 测点布置［1］

测量地点应该选在地势平坦、远离树木，且没有其他电力、通信及广播线路的空地上。探头与永久性物体(包括植物)之间的距离大于探头最大对角线的2倍。根据实际测量经验，当测点无法避及植物时，植物不得超出探头高度，否则由于植物的遮挡，将影响测量精度。

在满足上述条件下，选择1个有代表性的档距，以档距中央导线弧垂最大处线路中心的地面投影点(即距离中心导线对地投影点0 m距离处)为测试原点，沿垂直于线路方向进行，每隔5 m设定1个测点，按顺序测至边相导线地面投影点外50 m处止。特殊情况下(如:进行科学试验研究或存在敏感点时)，可酌情将测点间距缩小至0.5～1 m。即测点应选择在导线档距中央弧垂最低位置的横截面上，如图1所示。

图1 输电线路下工频电场和磁场监测试验测点布置

单回送电线路以弧垂最低位置中相导线对地投影点为起点，同塔多回送电线路以弧垂最低位置档距对应两铁塔中央连线对地投影点为起点，测量点均匀分布在边相导线两侧的横截面方向上。

1.4 评价范围与评价标准［2］

以送电线路走廊两侧30m带状区域范围内为工频电场和磁场的评价范围。

按HJ/T 24－1998《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》的规定，以4 kV/m作为居民区工频电场评价标准，以0.1 mT作为公众全天辐射的工频磁感应强度的评价标准。

1.5 测量过程

按照上述测量条件中的要求进行，每个测量点连续测量5次，每次测量时间不少于1 s，并读取稳定状态最大值。若测量读数起伏较大，则每1 min读一个数，取5 min的平均值为测量读数。

2 220 kV和110 kV输电线路工频电磁场监测结果及分布规律

2.1 代表性输电线路简介

具有代表性的不同电压等级的输电线路及其相关参数和监测时的气象条件如表1所示。

表1 代表性输电线路主要设计参数及监测气象条件

2.2 220 kV双回输电线路工频电磁场监测结果与分析

对牡亚线、亚尚线、牡海甲乙线、温海甲乙线4条220 kV最大弧垂不同的双回输电线路，测量电场强度和磁感应强度，结果分别如图1、图2所示。

图1 220 kV双回输电线路工频电场监测结果

图2 220 kV双回输电线路工频磁场监测结果

由图1、图2可知，4条输电线路的电场强度均低于4 kV/m，磁感应强度均低于0.1 mT。随着测点距离中心导线对地投影点距离的增加，4条输电线路电场强度和磁感应强度变化呈现出相似的规律:随着测点距离中心导线对地投影点距离的增加而逐渐减小，且在0～20 m范围显著减小，当测点距离中心导线对地投影点距离大于20 m时，减小程度逐渐缓慢。这个规律与文献中报道的内容相似［3］，其中牡亚线和亚尚线弧垂高度分别为12 m和11.9 m，牡海甲乙线和温海甲乙线弧垂高度均为13 m。弧垂高度相似的两条线路，其电场强度和磁感应强度相差不大，而弧垂高度较高的牡亚线和亚尚线的电磁场监测结果明显小于弧垂高度较低的牡海甲乙线和温海甲乙线。上述结果表明，导线对地高度对输电线路工频电磁场具有一定的影响，增加导线对地高度能够有效降低输电线路的工频电磁场。

2.3 220 kV单回输电线路工频电磁场监测结果与分析

对鹤联乙线和鹤东乙线2条220 kV最大弧垂不同的单回输电线路，测量电场强度和磁感应强度，结果如图3、图4所示。

图3 220 kV单回输电线路工频电场监测结果

图4 220 kV单回输电线路工频磁场监测结果

从图3、图4可以看到，2条输电线路的电场强度均低于2 kV/m，磁感应强度均低于0.5 μT，远远小于标准限值。鹤联乙线(最大弧垂为25 m)的电场强度和磁感应强度远小于鹤东乙线(最大弧垂为14.3 m)，随着测点距离中心导线对地投影点距离的从0 m增加至10 m，鹤联乙线电场强度变化不大，均维持在700 V/m，当该距离大于10 m时，电场强度略有减小。2条线路磁感应强度均随测点距离中心导线对地投影点距离的增加逐渐衰减，当该距离大于15 m时，磁感应强度衰减程度较小。

2.4 110 kV双回输电线路工频电磁场监测结果与分析

对北乌甲线、电厂甲线、新汤线、新热线4条110 kV最大弧垂不同的双回输电线路，测量电场强度和磁感应强度，其结果如图5、图6所示。

图5 110 kV双回输电线路工频电场监测结果

图6 110 kV双回输电线路工频磁场监测结果

对比图5、图6结果可以看到，4条输电线路的电场强度均低于4 kV/m，磁感应强度均低于0.1 mT。随着测点距离中心导线对地投影点距离的增加，4条110 kV输电线路电场强度和磁感应强度变化规律同220 kV双回输电线路相似。弧垂高度相似的两条线路，其电场强度和磁感应强度相差不大，说明电压等级不同的输电线路，电场强度和磁感应强度衰减规律相似，且线路弧高是影响电磁场的主要因素之一。

上述分析结果表明:220 kV和110 kV输电线路工频电磁场监测结果均满足标准限值要求，电场强度均小于4 kV/m，磁感应强度均低于0.1 mT;220 kV与110 kV两种不同电压等级输电线路工频电磁场衰减特性基本一致，均随测点距离中心导线对地投影点距离的增加而逐渐减小，说明输电线路的电场强度和磁感应强度与输电线路导线高度密切相关［4－5］。

3 输电线路工频电磁场的影响因素及控制措施

3.1 输电线路工频电磁场的影响因素

3.1.1 导线对地高度的影响

上述监测结果证明了工频电场强度和磁感应强度随输电线路对地高度的增加而减小，随测点距离中心导线对地投影点距离的增加也减少，说明导线对地高度和距离中心导线的距离均为影响输电线路工频电磁场的主要因素。此外，据文献报道，输电线路的不同导线结构、布置形式等方面也会对工频电场磁场产生影响［6］，但导线对地高度对地面场强的影响最大，通过抬高相导线架设高度来控制地面场强的效果最为明显［7］。

3.1.2 导线布置方式的影响

当导线由水平排列改为三角形排列时，场强最大值以及高场强区的范围均有所减小。三相正三角布置时，地面工频电场强度最大值最小;但是正三角布置时地面工频电场强度所覆盖的高场强区域大于倒三角排列时的情况，因此倒三角排列效果最好［8］。

3.1.3 导线参数的影响

在计算工频磁感应强度时，等效半径不作考虑，只对导线实际空间位置进行考虑，故导线参数变化不会对磁感应强度产生影响。而计算工频电场强度时，则应用等效电荷法，这时导线等效半径对于导线线下场强的影响起着主要作用，且随着分裂半径、分裂根数、导线半径的增大，工频电场强度亦随之增大。

3.1.4 相间距离

相间距离指的是相间的垂直距离和水平距离，相间距离减小可以使工频电场强度降低，但其效果不如加大导线对地高度明显。

3.1.5 导线相序

就同塔双回和多回线路来看，相序排列的形式对工频电磁场有着较大的影响。通过对相序排列的模拟，即同序列和逆序列两种形式进行计算。结果显示，不同的相序排列形式对工频电磁场亦有不同的影响，且相比于同相序排列，逆相序排列的影响较小。