变电站与输电线路的电磁环境影响水平分析与测试评估——以部分220kV及110kV输变电设施为例<br/>

变电站与输电线路的电磁环境影响水平分析与测试评估——以部分220kV及110kV输变电设施为例

2014-12-02高鹏

四川环境 2014年3期

高鹏

(四川省辐射环境管理监测中心站，成都 610031)

1 前言

输变电工程是为满足国民经济发展及人民生活水平提高对电力的需求而建设。输变电工程的环境影响，一般包括对生态环境的影响、水土流失的影响、线路走廊的土地占用、选线选址与相关规划的符合性和相容性，电磁环境影响，甚至景观影响［1］。但是当输变电工程投入运行后其电磁环境成为主要的环境影响问题。输变电工程电磁环境影响因子为工频电场、工频磁感应强度、无线电干扰、噪声等。

本文通过对220kV输变电工程、110kV输变电工程的现场监测，分析了上述两种不同电压等级的输变电工程在各自实际运行中的工频电场强度及工频磁感应强度的距离变化情况，对人们认知输变电工程设施影响与水平有十分重要的意义。

2 工频的释义、工频电场强度及工频磁场强度的特点

工频是指交流电的工作频率，单位Hz，在我国，工频频率为50Hz，其波长为6000km［2］。

工频电场是一种随50Hz频率交替变化的准静态场。这些场是由电荷产生的，当高压装置带电时，电荷分布在其表面，在导体周围的空间存在着一种物质，对放在其中的任何电荷表现为力的作用，这种特殊物质叫做电场。电场中各点电场的强弱和方向的物理量叫做电场强度，单位为V/m。

工频磁场也是一个准静态场，这种准静态性质允许把电场及磁场分别进行讨论，而不会互相影响。输变电设施的工频磁场仅由电流产生。电流随用电负荷的变化而变化，从而工频磁场强度也随之变化，电流通过导体，则导体周围就存在磁场，其单位为 T［2］。

3 输变电设施的电磁特性

输变电设施包括变电站和输电线路。

变电站是电力输送环节当中变换电压的设施，站内的设备总体上可以分为两部分:主变压器和进出线及电气设备。变电站布置方式分为4类:第一类户外式，主变压器和进出线装置均位于室外;第二类半户内式，主变压器位于室内，其余设备全部置于室内;第三类户内式，将主变、进出线装置全部置于建筑物室内;第四类地下式，即将主变、进出线装置全部置于地下，实际是户内式变电站的一种。变电站运行时会产生工频电场、工频磁场和无线电干扰。工频电、磁场属感应场，频率极低，传播性能很差，因而会随着距离的增加而迅速减小。变电站对周围电磁环境的贡献主要取决于3个因素:一是电压等级大小;二是变电站进出线设备的形式;三是整个变电站的布置方式。

高压输电线是连接变电站之间的有一定电压等级的金属线，包括架空电线和地下电缆线。输电线路运行时同样会产生工频电场、工频磁场和无线电干扰。对于架空输电线路，决定其对电磁环境贡献的主要因素有:电压等级、导线回数、导线排列方式、导线大小 (包括线径和分裂导线数量、分裂间距)、对地高度等。

4 工频电磁场与电磁辐射的区别

用“电磁辐射”描述输变电设施产生的工频电场、磁场不确切概念，经常在社会上传播增加了公众的误解与担忧。输变电设施产生的是工频电场和工频磁场。

电磁辐射的概念是指电磁能量从辐射源发射到空间，在电场与磁场之间以波阻抗联系交变在空间以电磁波的形式传播的能量流现象，电磁辐射能量的大小与波源的频率有关，频率越高，即波长越短，越容易产生电磁辐射并形成电磁波。在临近输电线路或电力设施的周围环境中产生工频电场与工频磁场，它们属于低频感应场。其波长达6000km，按照天线理论，要想成为有效的辐射源，其天线必须具有与波长可比的长度。相对于如此长的“波”而言，输电线路本身的长度远远不足以构成有效的“发射天线”，从而不能形成有效的辐射［3］。

5 输变电设施的实测数据分析

5.1 变电站

监测110kV、220kV变电站，包括了户内式和户外式布置方式的多个变电站进行详细调查。将调查数据绘制曲线如下，各图中每条不同颜色的曲线都代表了一个变电站测值随距离变化的趋势。详见图1～图8，表1～表6。

图1 220kV户外变电站工频电场强度距离变化曲线Fig.1 power frequency electric field intensity-distance curve of 220kV outdoor substations

表1 220kV户外变电站工频电场强度测量数据Tab.1 Monitoring data of power frequency electric field intensity of 220kV outdoor substations

图2 220kV户外变电站工频磁场强度距离变化曲线Fig.2 Power frequency magnetic field strength-distance curve of 220kV outdoor substations

表2 220kV户外变电站工频磁场强度测量数据Tab.2 Monitoring data of power frequency magnetic field data strength of 220kV outdoor substations

图3 110kV户外变电站工频电场强度距离变化曲线Fig.3 Power frequency electric field intensity-distance curve of 110kV outdoor substations

表3 110kV户外变电站工频电场强度测量数据Tab.3 Monitoring data power frequency electric field intensity of 110kV outdoor substations

图4 110kV户外变电站工频磁场强度距离变化曲线Fig.4 Power frequency magnetic field strengthdistance curve of 110kV outdoor substations

表4 110kV户外变电站工频磁场强度测量数据Tab.4 Monitoring data power frequency magnetic field strength of 110kV outdoor substations

220kV户外式变电站工频电场强度以围墙为起点，30m内处于10-1kV/m数量级;工频磁感应强度30m内处于10-4mT数量级。110kV户外式变电站工频电场强度以围墙为起点，50m内处于10-2kV/m数量级，最大8.5×10-2kV/m，随着距离增加而减小;工频磁感应强度50m内处于10-4mT至10-5mT数量级，随着距离增加而减小。

220kV户内式变电站外的工频电场强度随距离的整体变化很小，2～6m范围内0.003～0.007kV/m，从8m开始均为0.003kV/m。工频磁场感应强度仍处于10-4mT数量级甚至更低的10-5mT数量级，总体较小，从数据曲线上看是随距离的增大而逐渐减小的规律。

图5 220kV户内变电站工频电场强度距离变化曲线Fig.5 Power frequency electric field intensitydistance curve of 220kV indoor substations

图6 220kV户内变电站工频磁场强度距离变化曲线Fig.6 Power frequency magnetic field strengthdistance curve of 220kV indoor substations

表5 220kV户内变电站工频电场、工频磁场强度测量数据Tab.5 Monitoring data power frequency electric field intensity and power frequency magnetic field strength of 220kV indoor substations

图7 110kV户内变电站工频电场强度距离变化曲线Fig.7 Power frequency electric field intensitydistance curve of 110kV indoor substations

图8 110kV户内变电站工频磁场强度距离变化曲线Fig.8 Power frequency magnetic field strengthdistance curve of 110kV indoor substations

表6 110kV户内变电站工频电场、工频磁场强度测量数据Tab.6 Monitoring data of power frequency electric field intensity and power frequency magnetic field strength of 110kV indoor substations

110kV室内变电站外的工频电场强度均为0.003kV/m;工频磁场感应强度处于10-4mT数量级甚至更低的10-5mT数量级，总体较小，从数据曲线上看是随距离的增大而逐渐减小的规律。

5.2 输电线路

监测选取了110kV、220kV输电线路，包括了架空线路和地下电缆的多条线路进行详细调查。将调查数据绘制曲线如下，各图中每条不同颜色的曲线都代表了一条线路测值随距离变化的趋势。详见图9～图14，表7～表12。

图9 220kV架空输电线路工频电场强度距离变化曲线Fig.9 Power frequency electric field intensity-distance curve of 220kV overhead transmission lines

表7 220kV架空输电线路工频电场测量数据Tab.7 Monitoring data of power frequency electric field intensity of 220kV overhead transmission lines

图10 220kV架空输电线路工频磁感应强度距离变化曲线Fig.10 Power frequency magnetic field strength-distance curve of 220kV indoor overhead transmission lines

表8 220kV架空输电线路工频磁场测量数据Tab.8 Monitoring data of power frequency magnetic field strength of 220kV overhead transmission lines

图11 110kV架空输电线路工频电场强度距离变化曲线Fig.11 Power frequency electric field intensity-distance curve of 110kV overhead transmission lines

表9 110kV架空输电线路工频电场测量数据Tab.9 Monitoring data of power frequency electric field intensity of 110kV overhead transmission lines

图12 110kV架空输电线路工频磁感应强度距离变化曲线Fig.12 Power frequency magnetic field strength-distance curve of 110kV indoor overhead transmission lines

表10 110kV架空输电线路工频磁场测量数据Tab.10 Monitoring data of power frequency magnetic field strength of 110kV overhead transmission lines

可以看出，架空线路导线裸露，并有杆塔支撑于空中，将感应产生较大的工频电磁场。调查区内110kV电压等级以上的架空高压线路均留有电力走廊，边导线外5m无居民点。边导线5m外，工频电场强度降至2kV/m以下，工频磁感应强度2×10-3mT以下，均低于相应国家标准。且城区电力走廊一般留有充足的距离，形成绿化带，通常绿化带外居民位置距离线路边导线更远。

图13 地下输电电缆工频电场强度距离变化曲线Fig.13 Power frequency electric field intensitydistance curve of underground cables

表11 110kV架空输电线路工频电场测量数据Tab.11 Monitoring data of power frequency electric field intensity of underground cables

表12 110kV架空输电线路工频磁场测量数据Tab.12 Monitoring data of power frequency magnetic field strength of underground cables

图14 地下输电电缆工频磁感应强度距离变化曲线Fig.14 Power frequency magnetic field strengthdistance curve of underground cables

电缆线路产生的工频电场测值绝大多数为0.003kV/m;各电缆线路产生的工频磁感应强度测值随距离变化的明显趋势:在0～10m这个距离区间中，工频磁感应强度衰减速度非常快，在10m之后的区间衰减才趋于平缓。5m以外工频磁感应强度可降至10-4mT数量级，20m以外降至10-5mT数量级。

6 电力设施影响与水平

将上述电力设施的实测值一般环境中工频电、磁场实测值相比较。

变电站:220kV或以下等级的户外式布置变电站的主变、带电装置裸露于户外，变电站运行时产生的工频电、磁场受屏蔽、遮挡小，对临近区域的贡献较为明显，但其最大工频电场测值一般仅为国家标准的数十分之一，工频磁场测值则仅为数百分之一;从测值变化规律来看，工频电、磁场随距离增大衰减迅速，一般距离设施20m以上即降至与一般环境中的测值相当;户内变电站的电设备均处于墙体内，其产生的工频电场被墙体屏蔽，变电站外测值很小，以围墙为界，工频电场测值一般与一般环境中的测值相当，工频磁场受到的屏蔽不明显，测值变化趋势与室外变电站测值类似。总体来看，户外站和户内站的贡献范围都较小。

输电线路:110kV、220kV架空输电线路导线裸露，线路运行时产生的工频电、磁场受屏蔽、遮挡小，对临近区域的贡献较为明显，但边导线5m外，工频电场强度降至2kV/m以下，工频磁感应强度2×10-3mT以下，均低于相应国家标准。从测值变化规律来看，工频电、磁场随距离增大衰减迅速，一般距离设施30m以上即降至与一般环境中的测值相当;地下电缆埋于地下，其产生的工频电场受线路自身绝缘层、地面等屏蔽，工频电场测值很小，即便位于线路正上方，测值也与一般环境中的测值相当;线路产生的工频磁场受到的屏蔽不明显，测值变化趋势与架空线路测值类似。测值不难看出，输电线路的贡献范围也非常有限，地下电缆比架空线路贡献范围更小。

7 结论及建议

7.1 结论

根据《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》HJ/T24-1998［4］中推荐的相关限值，结合实际监测数据看出，输变电设施的辐射水平相对较低，对环境的贡献值非常有限，且产生的工频电场强度及工频磁场强度均随与其距离的增大而明显减小。故综上所述，输变电设施的电磁环境现状对环境的影响较小。