工频电场与工频磁场的在变电站电磁环境信息监测中的方法对比

国网方城县供电公司 李 明 鲁克晔 王 成 张 颖 徐小艳

工频电场与工频磁场的在变电站电磁环境信息监测中的方法对比

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由于我国人民生产和生活水平的提高，对电量有了更高的要求。为了满足日益增长的用电需求，电力企业也开始加快变电站的建设。但是在变电站建设和应用的过程中，也给人们的生活带来电磁污染，影响到人们的正常生活和身体健康。本文通过比较工频电场与工频磁场监测方法，为变电站电磁环境信息监测系统构建奠定基础。

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当前我国的经济科技高速发展，不但促进了我国城市化的发展而且人们对电力的需求也在不断扩大，原本比较空旷的变电站、高压线架空线路等区域逐渐成为了城市中的一部分，使那些本来距离人们很远的电力设备出现在人们周围[1]。高压线路以及变电站在为人们提供电能的同时，其产生的电磁辐射会对人们的身体健康产生不良影响，产生隐形的环境污染问题。当前变电站电磁环境信息监测中最为可靠有效的方法就是利用监测设备对周围的情况进行监测，再以实际的数据信息呈现出来。

1.工频电场与工频磁场的基本内容概述

1.1 工频电场定义及特点概述

工频电场主要是指50-60Hz的电荷随时间正弦变化所产生的电场。工频电场的主要特点表现如下：一，由于是电荷产生的电场，所以几乎和磁场没有关系；二，在整个变化的过程中磁场几乎是零；三，可以利用静电场的方法来具体运算；四，波长一般在6000千米或者是5000千米，不会产生电磁辐射。

1.2 工频磁场定义及特点概述

工频磁场主要指的是50-60Hz的电流随着时间正线所产生的磁场。工频磁场的主要特点是：一，磁场是由电流产生的因此和电场无关；二，在整个变化过程中电场几乎为零；三，可以采用恒定磁场的方法来计算；四，磁力线为围绕电流的闭合曲线。

1.3 监测工频电场和工频磁场的意义

根据相关调查显示，工频电磁场对人们的神经功能会产生一定的影响，比如它可能会导致人体出现植物神经功能紊乱现象，继而人体会出现疲劳感，影响到他们的睡眠质量，严重的话，甚至还可能造成人类记忆力减退，易于发生忧郁[2]。世界卫生组织已经对电磁污染做出了界定，电磁污染对人们的健康构成严重的威胁，比如人们经常使用的计算机、手机、电磁炉等都会产生电磁污染。更有相关专家认为电磁辐射已经对人类构成了潜在的威胁。

2.变电站电磁环境信息监测中工频电场与工频磁场监测方法比较

2.1 变电站电磁环境信息监测中工频电场监测方法

变电站电磁环境监测过程中，使用工频电场方法进行监测，其测量原理是：工频电场的强度是由电位悬浮的探头进行测量。取样电阻、电光转化回路、金属极板等组成了探头。探头上的两块金属极板间会产生感应电压，而这种感应电压是由被测量的工频电场产生的。感应电压经过取样电阻、电光转换回路等设施，将电压变成光信号。接收机上最后接收到的电场强度测量数据是通过光纤传播的。工频电场自身具备如下空间特征：其电场强度是空间矢量，因此电厂强度的方向以及大小都会随着时间的变化而发生变化，因此在不同位置的电场强度必然不同。

在利用工频电场方法监测的过程中会受到一定因素的干扰影响到最后的测量结果：比如在测量的过程中有导电物体或者非导电物体的介入，会使原本的电场空间分布特征发生改变，需要测量的电场强度方向和大小会发生改变，介入到电场中的导电物体或者非导电物体表面分布的电场情况也会发生改变。

利用工频电场进行测量的正确方法如下：测量人员自身也会对测量结果产生影响，因此在进行测量的过程相关人员应该远离测量探头，避免由于自身因素影响测量电场产生畸变。测量的过程中，探头所放的区域电场分布应该比较均匀，探头形状无明显要求，可以是任何一种形状，但是测量时需要校准。

2.2 变电站电磁环境信息监测中工频磁场监测方法

对电磁场的监测，人们在很久以前就已经开始了。因此磁场监测技术已经有很长的发展历史。当前磁场测量设备已经应用到人们生活中的很多领域。在变电站电磁环境信息监测中，工频磁场监监测方法一般需要遵循相关的测量原理：测量工频磁场的磁感应强度，通常情况下应用电位悬浮探头，探头主要是由取样放大回路、感应线圈等相关设备组成的。需要测量的工频磁场会在感应线圈上产生相应的感应电压，感应电压再经过取样放大回路出现最后的测量数据。

整个监测过程中需要遵循工频磁场的空间特征，工频磁场与工频电场相似，它也是一个空间矢量。所以工频磁场的方向和大小在不同位置也是不同的。利用电位悬浮探头测量中，如果遇到非磁性物质的介入会使被测量的工频磁场发生变化。相关的测量人员可以在测量的过程中，用一个小的电介质手柄支撑测量探头，也可以直接由测量人员手持探头。

3.变电站电磁环境信息监测中工频电场与工频磁场方法实例分析

3.1 某变电站的电磁环境监测系统

变电站的电磁环境监测系统最主要的目的就是为了监测变电站的电磁环境，因此监测的探头通常是安装在变电站高压电气设备附近，相关的显示设备则是要充分考虑数据展示的作用，一般是安装在变电站大门靠近站外马路的位置。电磁环境监测一般需要对当期的湿度、温度、气压、工频电场、工频磁场等多项参数进行监测，再将这些数据重新定义，之后按照通信规约发送给指定的显示设备[3]。变电站周围电磁环境通常比较恶劣，常用的传输媒介为光纤。下图为某电力公司的电磁环境监测系统：

图1 某电力公司电磁环境信息监测系统

3.2 变电站工频电场与工频磁场的计算方法

变电站和输电线路是不同的，因为在变电站里有不少的电气设备，内部结构比较复杂，另外还由控制箱、构架以及引线等。所以变电站内的电场强度分布也不会像输电线路那样分布的比较均匀，所以一般采用统计概率分布方法来分析变电站附近区域的电场分布情况。工频电场和工频磁场的计算方法则更加复杂，矩量法为比较常见的方法。本文主要区分工频电场与工频磁场监测方法的不同因此计算和测试方法讨论不在本文的研究范围之内。

3.3 工频电场与工频磁场在某变电站电磁环境信息监测中的实际应用

该变电站周围的地势比较平坦，交通便利，地质条件良好，无压文物或者矿产，地势比较高，方便线路的进出。变电站主变容量为3×50MVA，接线方式为双母线，主变设置在户外，而配电装置则是布置在屋内，为110V。该配电装置采用的是GIS全封闭组合的电气设备。测试的具体情况：测试时间为2015年4月20日，天气晴朗。图2 为该变电站的工频电场与工频磁场分布情况。

根据图2我们发现该变电站站内地表处的工频电场强度略高于工频磁场强度，但是两者差距不是十分明显。另外，工频电场强度和工频磁场强度的最大值都位于距离墙面5米到10米的范围之内，当距离超过30米后，变电站的工频电场强度和工频磁场强度都变化不明显。

图2 某变电站工频电场与工频磁场分布情况

4.总结

我国经济的发展使人们对电力有了更大的需求，为了满足人们的高需求，电力企业加大了对变电站、输电线路的建设。但是这些电力基础设施会产生一定的电磁辐射，对人们的身体健康和正常生活产生危害。变电站的电磁环境信息监测体统可以对电磁辐射程度进行检测，比如通过工频电场、工频磁场等方式检测，最后以数字的形式呈现出来。

[1]汤紫霖.变电站工频电磁环境信息监测系统设计[D].武汉理工大学,2014.

[2]杨帆.输变电设备工频电场的正、逆问题及电磁环境研究[D].重庆大学,2008.

[3]殷晓红,王立杰,佟瑶,张金丽,张亮.变电站作业场所电磁环境分析与评价[J].黑龙江电力,2013,02:162-165.