水电站工程的电磁环境影响研究

2017-04-18强婧贾传钊宋京川子

科技视界 2017年2期

强婧　贾传钊　宋京川子

【摘要】分析水电站工程的电磁污染，介绍了某水电站电磁环境污染的主要影响因素，并对该水电站的电磁污染状况进行了分析。以水电站110kV输电线路为例，进行了详细的理论计算和类比分析，提出水电站工程电磁环境影响防治措施。

【关键词】水电站；电磁环境；环境影响评价

【Abstract】The electromagnetic contamination of hydropower station was analyzed.The main electromagnetic influencing factors of a hydropower station were introduced，and the electromagnetic contamination of this hydropower station was analyzed in this paper.Took the example of a 110kV transmission line，this paper computed the electromagnetic environmental impact by detailed theoretical arithmetic and analogy.Meanwhile，the protection measures of electromagnetic environmental impact were briefly discussed.

【Key words】Hydropower station；Electromagnetic environmental；Environmental impact assessment

0 前言

水电是优质的可再生能源和清洁能源，具有污染低、运行费用低、便于进行电力调峰等优势，有利于提高资源利用率。水电站的修建给人类带来了巨大的经济效益和社会效益[1]。如伏尔加河流域通过多个大中型水电站的建设使得该区成为前苏联经济最为发达的地区之一。近年来，我国水电站的建设更是发展迅速，其中2003年开始运行的三峡水电站引起了世界的高度关注。不可否认，水电站的建设不仅产生了巨大的防洪、发电、航运等经济效益，同时相对于火力发电，水电是一种更为清洁的发电模式，产生了巨大的环境效益[2-3]。

水电站在给人类带来经济和环境利益的同时，也对环境造成了多层次的负面影响。现阶段，对于水电站的环境影响研究主要侧重于水电站对流域生态环境的影响方面，如水位、库区水文情势、大坝阻隔、水库淹没等的影响[4-5]，却很少对其电磁环境影响作出相应的分析。电力工程作为水电送出的关键环节，保证了水电站所发电力的顺利送出，满足水电站的正常运行；同时，也伴随产生一种特殊污染——电磁辐射。电力工程环境问题所引发的纠纷与争议日益增多，生活在输变电项目周围的人们对其产生的电磁辐射危害具有一定的恐惧性[6]。因此，本研究针对四川省凉山州某水电站的电磁环境影响进行了分析，介绍了水电站电磁环境影响中的主要污染因素，并提出相应的电磁污染防治措施与建议，以期为水电站的电磁污染控制提供参考。

1 项目背景

格古河流域位于凉山州甘洛县境内，甘洛县水能资源丰富，理论蕴藏量979.9MW，可开发量556.29MW。本工程是格古河中上游规划梯级水电站的互联和电力送出工程。1号水电站位于甘洛县尼日河右岸的甘洛河上游右岸的一级支流上，为引水式开发水电站，总装机容量12000kW；2#水电站位于尼日河一级支流甘洛河的下游段，总装机容量12000kW。格古河流域梯级电站互联及电力送出方案为：1号水电站汇集电力后出一回110kV线路接入2号水电站，并通过2号水电站～220kV变电站的110kV线路接入国家电网。

2 项目概况

该项目建设内容为：110kV输电线路以及通信系统新建工程、220kV变电站110kV间隔扩建工程。输电线路全长31.59km，其中，1号水电站～2号水电站输电线路长22.11km，2号水电站～220kV变电站输电线路长9.48km。项目组成和主要环境问题见表1。

3 电磁环境影响因素分析

电磁辐射是带净电荷的粒子被加速时所发出的辐射，又称为电磁波。随时间作工频周期变化的电能量产生工频电场，随时间作工频周期变化的磁能量产生工频磁场。我国电力系统高压输电线路与设备的工作频率为50Hz，属于低频（工频）电磁场[7-9]。

架空输电线路在运营期间与大地之间的电位差，形成电场。当架空输电线路有电流通过时，在载流导体周围产生工频磁场。输电线路周围的工频电场强度、磁场强度随着离线路距离的增加迅速减小[10]。

4 电磁环境影响评价因子、评价等级、评价范围、评价标准和评价方法

4.1 评价因子

4.1.1 现状评价因子

电磁环境：工频电场、工频磁场。

4.1.2 预测评价因子

1）施工期：无电磁环境影响。

2）营运期：工频电场、工频磁场。

4.2 评价等级

根据《环境影响评价技术导则—输变电工程》（HJ24-2014）表2中对输变电工程电磁环境影响评价工作等级的划分，该项目输变电工程包括110kV架空输电线路、220kV变电站间隔扩建；本次不对220kV变电站扩建工程进行评价；经现场踏勘，该项目110kV输电线路边导线地面投影外两侧各10m范围内无电磁环境敏感目标，因此，110kV架空输电线路电磁环境影响评价等级为三级。

4.3 评价范围

鉴于本输变电工程电压等级为110kV，根據《环境影响评价技术导则—输变电工程》（HJ24-2014）的要求，确定该项目110kV输电线路电磁环境影响评价范围为边导线地面投影外两侧各30m。

4.4 评价标准

执行《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）表1中限值，频率为50Hz时，工频电场强度公众曝露控制限值为4kV/m，工频磁感应强度公众曝露控制限值为0.1mT。

4.5 评价方法

根据《环境影响评价技术导则—输变电工程》（HJ24-2014）的要求，确定该项目电磁环境影响评价方法如下：

110kV架空输电线路评价等级为三级，其电磁环境影响评价采用模式预测的方式；根据《环境影响评价技术导则—输变电工程》（HJ24-2014）附录C、D推荐的计算模式对输电线路的工频电场、磁场进行计算，并根据评价标准进行评价。

5 电磁环境影响预测与评价

5.1 预测模型

根据《环境影响评价技术导则——输变电工程》（HJ24-2014）附录C、D推荐的计算模式对输电线路的工频电场、磁场进行预测。

5.1.1 工频电场预测模型

1）单位长度导线上等效电荷的计算

高压送电线上的等效电荷是线电荷，由于高压送电线半径远小于架设高度，所以等效电荷可以认为是在输电线的几何中心。

5.1.2 工频磁场预测模型

由于工频情况下电磁性能具有准静态特性，线路的工频磁场仅由电流产生。应用安培定律，将计算结果按矢量相加，可得出导线周围的工频磁场强度。

在线路附近A点产生的磁场强度由下式计算：

5.2 预测参数

该项目输电线路导线排列方式有三角排列、垂直排列两种。其中，1号水电站110kV升压站处的终端塔采用单回塔，塔型为1B-J4，导线为三角排列；2号水电站110kV升压站处的终端塔采用双回塔，塔型为1H-SJ4，导线为垂直排列；220kV变电站处的终端塔采用双回塔，塔型为1H-SJ4，导线为垂直排列、单边挂线；其余均为三角排列。终端塔的塔型已确定；对于三角排列，选取最不利的塔型进行预测。根据实践，在其它条件相同的情况下，线路横担距离较大的塔型产生的工频电场强度和工频磁感应强度较大，据此选择塔型进行预测。预测两种导线对地高度下的电磁环境影响：6m（110kV输电线路通过非居民区时对地面的最低允许高度）和7m（110kV输电线路通过居民区时对地面的最低允许高度）。

该项目110kV输电线路电磁环境影响预测所选取的塔型及参数见表2。

5.3 预测结果

以下预测结果均基于采用最不利塔型，导线对地高度取6m、7m两种情况，计算高度取距地面1.5m。计算结果最大值如表3所示。

由表3可知，该项目输电线路营运期产生的工频电场强度、工频磁感应强度均满足评价标准要求。

5.4 预测结果验证监测及分析

为了更好地验证预测结果，选取电压等级、建设规模、架线型式、输送电流均类似的同类输变电工程进行类比监测；选择的类比监测线路为110kV代岳线（单回、三角排列）和110kV侯西二线（双回、垂直排列）。

对110kV代岳线（单回、三角排列）和110kV侯西二线（双回、垂直排列）进行类比监测和理论计算，结果对照如图1～图4所示。

从图1～图4可看出：1）线下1.5m高处工频电场强度、工频磁感应强度监测值和理论计算值的分布规律基本一致；2）线下1.5m高处工频电场强度、工频磁感应强度在高值区理论计算值高于监测值，说明工频电场强度、工频磁感应强度理论计算值更趋于保守。

类比监测结果不能反映输电线路工程可能产生的最不利环境影响，但可以反映出输电线路下工频电场强度、工频磁感应强度的分布规律。由于理论预测值高于类比监测值，用理论预测值可以比较保守地反映输电线路运行时线路下的工频电场强度、工频磁感应强度水平。因此，该项目110kV输电线路的电磁环境影响评价以模式预测为依据。

6 电磁环境影响防治措施

1）合理选择路径，尽量避让居民集中点等重要区域；在与其它电力线、通信线、公路交叉跨越时应严格按规程要求留有净空距离。

2）导线的架设对地最低高度满足设计规程的要求：线路通过非居民区对地最低高度不小于6m，通过居民区对地最低高度不小于7m。

3）线路在与其它电力线交叉跨越时净空距离满足《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）要求。

4）双回线路段采用逆相序架设。

7 结论与建议

7.1 结论

1）对格古河流域梯级电站互联及电力送出工程的电磁环境影响计算结果表明，110kV输电线路产生的工频电场强度、工频磁感应强度均满足评价标准的要求；其电磁环境影响呈现出随导线对地距离的增大而减小的特点。

2）通过实际监测发现，监测结果和理论预测结果基本吻合，预测结果更为保守。

3）输电线路在建设中要严格按照相关规定、规范进行，保证线路架设高度，增大导线与地面的距离，以降低线路的电磁环境影响。

7.2 建议

1）建议建设单位开展对沿线居民输变电工程环境保护和电磁环境影响防护等方面基础知识的宣传和教育，消除群众畏惧心理，提高自身防护意识和能力。