兰州市区地下电力电缆对环境的电磁影响分析

高世刚，姜梅，李炜，杨洁，张鹏，李小娟

(国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730050)

兰州市区地下电力电缆对环境的电磁影响分析

高世刚，姜梅，李炜，杨洁，张鹏，李小娟

(国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730050)

在参照架空输电线路电磁环境特性及其影响因子的基础上，分析预测了地下电力电缆对电磁环境的影响，识别和筛选了地下电力电缆的环境影响因子，并对兰州市区三条典型地下电力电缆的电磁环境进行实测，验证其对环境的影响，分析电缆在地下及地面上磁场衰减规律，最后得出其周围会产生一定的工频磁场，但远小于现有标准中的公众暴露限值，同时，也不会对所提出的敏感对象产生干扰。

电力电缆;环境影响;工频电磁场;衰减

0 引言

随着我国城市规模的不断扩大和用电负荷的急速增长，土地资源日趋紧张，电力电缆线路开始在一些中心城区大量使用，城市架空线入地是大势所趋。在电力电缆大量敷设的同时，其对周边环境的影响也越来越受到人们的普遍关注。特别是电磁环境影响问题，引起了广大市民的忧虑和担心，主要担心地下电缆所产生的工频电磁场可能会超过国家限定的标准，对生活环境造成危害。因此，出现了多起对地下电缆建设与改造工程的阻挠、抵制和投诉事件，严重影响了城市电网的建设进程。究其原因，最根本在于居民对地下电缆所产生的工频电磁场大小缺乏准确的量值概念。

兰州市区现有多条110kV电力电缆投运，未来还将建设330kV电缆输电线路，文中针对兰州市区现有110kV地下电缆电磁环境现状对其影响进行分析，可对今后330kV电压等级地下电缆的设计、施工、环评工作等作出理论指导。

1 地下电缆电磁环境影响分析

1.1 地下电缆产生的电磁环境影响预测

地下电缆可能产生的电磁环境影响，除应考虑高压架空输电线路常见的对于电磁场敏感目标的影响外，由于其敷设于城市路面以下，还应重点考虑对路面上环境敏感对象的影响。

1.2 地下电缆电磁环境影响因子识别及筛选

参照架空高压线路电磁环境的影响因子，影响可分为以下几个方面:工频电场、工频磁场、无线电场强干扰和可听噪声［1－2］。

(1)工频电场。电力电缆中的电荷分布在芯线和金属护套层之间，封闭的屏蔽层和金属锴装层接地，此处可将工频电场近似为静电场来处理。由静电屏蔽原理可知，电缆外部的电场不受电缆内部电荷的影响，即电场屏蔽。因此，在电缆的外部，周围的工频电场很低。

(2)工频磁场。电缆中的电流是产生工频磁场的磁场源。电缆的金属护套在不接地或一端接地的情况下对工频磁场没有屏蔽作用，仅可以使金属管外的磁场变得均匀;但在两端接地或构成外部回路的情况下对工频磁场是有屏蔽作用的，屏蔽效果取决于金属护套的材料、尺寸和闭合回路的阻抗［3］。另外，正常运行且负荷对称的3相电缆，磁场分量重叠，但由于3相电缆与监测点的距离不同，所以3相间磁场不能完全抵消［4］，在电缆的周围有大小不等的残存磁场。

(3)无线电干扰及可听噪声。由于电缆芯及电缆护套尺寸较大，芯线周围是高绝缘强度的材料，电缆的表面场强远小于绝缘的击穿场强，不存在电晕放电现象，因此正常运行的电力电缆，通常不考虑电缆周围的无线电干扰问题。电力电缆不存在电晕噪声，另外，110kV及以上电压等级电力电缆隧道(沟)深埋于地下，不存在可听噪声影响问题。

综上，工频磁场是运营期电力电缆电磁环境影响的唯一因子。

1.3 电力电缆影响评价适用的标准

(1)人体暴露限值标准。目前，我国适用于医院、学校、居民区等电磁环境敏感目标的标准是环境保护行业标准《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》［5］。在国际标准方面，最具权威的是国际非电离辐射防护协会(ICNIRP)的暴露限值导则［6］。对比国内外各标准［7－11］，要求最严的为我国环境标准:工频电场限值为4kV/m，工频磁场限值为100μT。

(2)干扰限值标准。目前，对工频电场和磁场的干扰限值国内尚无标准，唯一可供参考的是国际电工委员会(IEC)电磁兼容系列标准，规定最敏感的I类设备环境工频磁场抗扰度1.26μT［12］。其他任何设备在低于1.26μT的工频磁场下也不会受到干扰，本文以此作为参考依据。

(3)其他限值要求。对特殊情况下的要求，如携戴以电磁原理工作的植入式医疗设备(心脏起搏器)等人员，我国目前标准中没有考虑。参照国外相关标准的规定，美国的辐射限值标准制定组织给出戴心脏起搏器者的工频电场暴露限值为1kV/m，工频磁场暴露限值为100μT［13］。

2 兰州市区地下电缆现状监测分析

2.1 测试线路概况

兰州市区自20世纪90年代末至今共投运110kV电力电缆18条。其中，20世纪90年代至2000年建设投运的线路较短，多采用电缆沟敷设，埋深较浅;近10年敷设的地下电缆考虑到城市、电网规划等问题，采用电缆隧道敷设，埋设较深。110kV三相供电线路由3根单芯电缆组成，均采用整根电缆，不分段，一端直接接地，另一端通过保护器互联接地，铜芯最高可带127kV交流电压［14］。

文中选择典型的110kV西关什字变电缆隧道出线两回，隧道长约5.1km;110kV银滩变电缆隧道出线两回，隧道长约3.1km;110kV小西湖变电缆沟出线两回，长约0.8km，进行了电磁环境现状的监测。如以隧道(沟)中离地最近的一回电缆计，前两条以电缆隧道敷设的出线埋深最浅处距地面1.8m，线路大部分埋设在地下2～4m的深度，出于避让城市其他地下管网的需要，也有部分长度埋设在4～6m的，如遇排洪沟、河道等，电缆埋深则会在8m以上。最后一条出线以电缆沟敷设，电缆埋深为0.5m。以上线路均埋设在马路边的人行道下，道路两侧分布着居民区、学校、医院、公园及政府机关、科研单位等涉及公众的敏感目标。

2.2 测量仪器及内容

测试采用PMM8053B工频电磁场仪，测量内容为电缆在不同埋深的工频电磁场强度和典型断面的场强衰减测试。测试探头距地面分别为0.5、1.0和1.5m。典型断面选择为电缆埋深较浅，周围环境干扰因素较少的地段。测试过程中尽量避开存在架空线路影响的区域。

2.3 测试期间工况

测试期间各线路工况见表1。

表1 测试期间各条线路工况

2.4 监测结果及现状分析评价

2.4.1 不同埋深下的工频电场水平

对三条电缆隧道(沟)在不同埋设深度下共计65个点的电场环境现状的监测，地面不同高度上工频磁场现状监测值见表2。

表2 地面不同高度上工频电场现状监测结果

从表2可知，工频电场值与电缆埋深及监测点高度变化并不相关，大部分监测值与背景值大致相当，个别点监测值略大于背景值。同一埋深下不同监测点的监测值差别较大，是由于环境中的工频电场值总体较低，在人行道测试环境中，测试探头周围的场易受来往人员、车辆的影响，而形成畸变。

2.4.2 不同埋深下的工频磁场水平

对于工频磁场，其本身不易被屏蔽，受周围环境因素的干扰小。将110kV西桃开二、三回隧道出线、110kV银桃开二、三回隧道出线在地面0.5m、 1.0m、1.5m高度上所有工频磁场现状监测值按电缆不同埋深统计后，如图1、2所示。

图1 110kV西桃开隧道电缆不同高度工频磁场随埋深变化

从图1、2可知，工频磁场场强与埋深及监测点高度直接相关，不同监测高度上的工频磁场强度越靠近地面处越大，与架空线路越靠近地面处越小恰恰相反［15］。两条电缆隧道工程在一般设计埋深区域，工频磁场强度随埋深变大而迅速变小。埋深最浅处，工频磁场强度有最大值:地面0.5m高度上的磁场值大致均为0.13μT，电缆埋深在3～4m处，工频磁场值迅速降至峰值的一半左右;随着电缆埋深的继续加大，为5～6m时，不同地面高度上的磁场水平已接近环境背景水平，可以认为高压地下电力电缆对环境的影响已微乎其微。

2.4.3 工频磁场随距离的横向衰减

为了解电缆周围的工频磁场随距离的横向衰减情况，选择电缆埋设最浅、工频磁场水平最高的测试点进行地面不同高度的衰减测试。测试结果见图3至图5。

从图3至图5可知，110kV电力电缆产生的磁场在地面随距离的横向衰减非常迅速。无论是采用电缆沟埋设还是采用电缆隧道埋设，在距离地面不同测点高度上，在距电缆3m远已迅速衰减至峰值的一半，在距6m远已衰减至背景值，此衰减速度和上文中电缆在不同埋深下得出的纵向衰减速度是相当的，都较一般220kV输电线路衰减迅速。

图3 110kV西桃开二、三回隧道电缆周围磁场随距离横向衰减

图4 110kV银桃开二、三回隧道电缆周围磁场随距离横向衰减

图5 110kV小桃开一、三回隧道电缆周围磁场随距离横向衰减

3 结语

在110kV电力电缆线路正常运行状态下，其产生的工频磁场对周围环境影响主要体现在公众的电磁场暴露及工频磁场敏感设备的影响，但其场强水平均远低于相关标准限值，对周围环境影响是极为有限的。由于线路产生的工频磁场水平与其通过的电流成正比，对于西北地区较高电压等级330kV线路，通常满负荷电流约为110kV线路的2～3倍，因此在电缆隧道敷设条件下电缆周围工频磁场强度也能完全满足相关标准要求。但如采用电缆沟方式敷设，则可能在近距离内对Ⅰ类敏感电子设备环境产生影响，此时需考虑尽可能避开高压电缆或在设计选型时使用液晶显示器。

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Analysis on electromagnetic environmental impact concerning underground power cable of Lanzhou

Firstly，on the basis of referring to the electromagnetic environmental characteristics and impact factors of overhead transmission lines，it predictive analysis on the electromagnetic environment effect of the underground electric power cable，identify and select the main electromagnetic environmental impact factors of the power cable.Secondly，the power frequency electromagnetic fields caused by two typical power cable lines in Lanzhou are tested，which confirm the environment effect of the above analysis and analyze the attenuation pattern of the power frequency magnetic field caused by electric power cable overground and underground.Finally，In conclusion，there is some power frequency magnetic radiation around the cable，but it is very little so that the radiating level is far less than the qualified value of the standards.At the same time，the cable also cannot disturb the electromagnetic sensitive subjects.

electric power cable;environment effect;power frequency electromagnetic field;attenuation

X591

:B

1674－8069(2015)01－008－04

2014-09-18;

:2014-12-07

高世刚(1983-)，男，甘肃兰州人，工程师，主要从事电磁环境监测、仿真、评价及其他电网环境保护工作。E－mail:goshegun@163.com

项目:甘肃省电力公司科技项目“高压地下电缆对环境的电磁影响分析研究”(5227221350BZ)