不同类型典型变电站工频电磁场强度分布特征研究

江世雄

摘要： 本文以福建省3座典型110/220kV户内变电站为调查对象，布点监测变电站设备区、配电区及变电站围墙外工频电磁场水平，探究了电压等级、变电站元件布设方式对变电站内工频电磁场的影响，结果表明，设备区和配电区是变电站内工频电磁场的主要来源，主变附近工频电场强度最大值为5030V/m。110kV GIS与110kV AIS配电装置相比能有效屏蔽工频电磁场，而电容器、电抗器工频电磁场强度与电压等级间的规律不明显；职业人员长期工作场所-主控室工频电磁场值均很小，远低于职业工作人员电磁场暴露限值标准，因此不会对职业工作人员身体健康造成危害；各变电站围墙周围工频电磁场强度最大值分别为201V/m和0.450μT，远小于国家规定的公众电磁场暴露限值标准。

Abstract： In this paper， three typical 110/220kV indoor substations in Fujian Province were investigated. The level of power frequency electromagnetic fields outside the substation equipment area， power distribution area and substation enclosures was monitored， and the voltage level and layout of substation components were investigated. The influence of frequency electromagnetic field shows that the equipment area and power distribution area are the main sources of power frequency electromagnetic field in the substation， and the maximum intensity of the power frequency electric field near the main transformer is 5030V/m. The 110kV GIS can effectively shield the power frequency electromagnetic field compared with the 110kV AIS power distribution device， and the regularity between the power frequency electromagnetic field intensity of the capacitor and the reactor and the voltage level is not obvious； the long-term workplace-main control room power frequency electromagnetic field value is very small， far below the occupational staff electromagnetic exposure limit standards， so it will not cause harm to the health of occupational workers； the maximum intensity of the power frequency electromagnetic field around the transformer substation wall is 201V/m and 0.450μT， which is far less than the public electromagnetic exposure limit standards in national regulations..

關键词： 变电站；电磁场；设备区；配电区；健康

Key words： substations；electromagnetic field；equipment area；switch area；health

中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0188-03

0 引言

随着我国社会的快速发展和城市化速度的加快，用电量日益增加，截至2016年底，全社会用电量达到5.92万亿kW·h。变电站在缓解用电供需矛盾、维持电网安全运行和完善电网结构等方面发挥重要作用，然而，近年来新建的变电站常位于城区等人口稠密地区[1]，其运行时产生的电磁环境污染愈来愈受到人们的广泛关注。

变电站按照电压等级通常可分为110kV、220kV和500kV，依据主变与配电装置的布置通常可分为户内型、户外型和半户内型。在现有的变电站中，绝大部分为110/220kV、户内变电站[1]，因此，为了解变电站内部配电区和设备区工频电磁场强度的分布特征和规律以及变电站围墙周围工频电磁场强度，本研究选取福建省3座典型户内变电站，依据规范布点测定各区域的工频电磁场强度，以期为不同电压等级变电站控制电磁环境污染、职业工作人员和公众的电磁场暴露情况提供建议与理论依据。

1 监测方法与测点布置

1.1 监测依据

变电站内工频电场、工频磁场的测点布置依据《电力行业劳动环境监测技术规范》（DL/T799.7-2010）；

变电站围墙周围测点布置依据《交流输变电工程电磁环境监测方法（试行）》（HJ681-2013）。

上述各测点处均重复测量5次，取平均值作为监测结果。

1.2 监测仪器

Narda公司NBM550型工频电磁场强度测量仪。

2 数据分析

采用Origin9.0和Excel 2013对数据绘图和分析。

3 结果与讨论

3.1 设备区工频电磁场强度分布规律

变电站一般由设备区（主变、电容器、电抗器等）、配电区（开关室）和主控室组成。图1为不同电压等级变电站主变周围工频电磁场强度。可以看出，在主变电场强度中（图1（a）），110kV岩州变>110kV 台中变>220kV鹤林变，其中110kV岩州变2号主变周围达到了5030V/m，超出《 电力行业劳动环境监测技术规范 第7部分：工频电场、磁场监测》（DLT 799.7-2010）中规定的职业工作人员工频电场暴露限值5kV/m，但职业工作人员只在维修主变时短暂进入主变室，因此，短暂暴露几乎不会影响职业人员身体健康。主变工频磁感应强度与工频电场强度趋势类似（图1（b）），其工频磁场强度在1.560～19.864μT。李华亮等[2]研究表明，随着变电站电压等级的增大，主变周围电磁场强度迅速增大，本研究中，主变电压等级相对较小的110kV岩州变和110kV台中变主变周围工频电场强度大于220kV鹤林变，表明主变周围电场强度不仅与电压等级有关，可能还与主变型号、主变与其他配电装置等的接线方式等也有密切关系。

电容器和电抗器也是变电站内电磁场的主要来源，由表1可以看出，3种类型电容/电抗器工频电磁场强度均不大，其中工频电场强度在4.2V/m～243V/m之间，工频磁感应强度在0.658～4.482μT之间，电容器、电抗器附近工频电磁场强度与电压等级无明显联系，这与于丽新等研究结果类似[3]。

3.2 配电区工频电磁场分布特征

变电站中，开关室控制各电源设备开关，对用电的安全性发挥了重要作用。变电站中常见的高压开关室（110kV）有GIS（Gas Insulator Switchgear）、AIS（Air Insulator Switchgear）和HIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear），本研究中，岩州变110kV开关室和鹤林变220kV开关室均为GIS布置，台中变110kV开关室为AIS布置，由表1可以看出，岩州变110kV GIS开关室内工频电场强度小于1V/m，工频磁感应强度在0.060～0.680μT之间，远小于台中变110kV开关室（工频电场强度187V/m，工频磁感应强度2.654μT），这可能是因为GIS开关室内三相线路磁场相互抵消，同时金属套管对电磁场均有较好的屏蔽作用[4]。不同类型变电站低压开关室（10kV）测点处工频电场强度基本均小于1V/m，这可能是因为开关室中断路器均封闭在开关柜中，断路器电场被金属外壳屏蔽，但不同开关室工频磁感应强度差异较大，最大值出现在岩州变10kV开关室，为4.101μT；最小值出现在台中变10kV开关室，为0.080μT。

母线在变电站中起到汇集和分配电流的作用，由表1可以看出，110kV台中变构架母线下方工频电场强度为187V/m，与220kV鹤林变构架母线下方工频电场强度接近，但110kV台中变母线下方工频磁场为2.654μT，远小于220kV鶴林变母线下方工频磁感应强度（5.987μT），这可能因为鹤林变母线电流强于台中变。本研究监测结果表明，变电站构架母线下工频电磁场强度均处于职业工作人员允许的暴露限值之内。

3.3 职业工作人员工作区域工频电磁场暴露情况

主控室是变电站职业人员工作场所，由监测结果可知，操作屏前和值班台处工频电场强度为0.56V/m～35V/m（图2（a）），工频磁感应强度均小于0.1μT（图2（b）），职业人员工作场所工频电磁场暴露远小于工频电场强度5kV/m和工频磁感应强度500μT的职业暴露限值，因此，职业工作人员工作区域工频电磁场暴露符合国家相应规范和标准，不会对工作人员身体健康造成危害。

3.4 变电站围墙周围工频电磁场强度

变电站围墙周围工频电磁场强度是衡量其周围公众电磁暴露水平的重要参考依据。由图3（a）可以看出，总体上，变电站围墙周围工频电场强度大小为110kV台中变>220kV鹤林变>110kV岩州变，最大值出现在110kV岩州变东侧围墙，为201V/m；而变电站围墙周围工频磁感应强度总体上为220kV鹤林变>110kV岩州变>110kV台中变（图3（b）），最大值出现在220kV鹤林变西侧围墙处，为0.450μT，各变电站围墙周围工频电磁场强度测值均在《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014）中规定的公众工频电磁场暴露限值内（电场强度<4000V/m，工频磁场<100μT）。

4 结论

①设备区和配电区是变电站内工频电磁场的主要来源，主变附近工频电场强度最大值为5030V/m，110kV GIS与110kV AIS配电装置相比能有效屏蔽工频电磁场，而电容器、电抗器工频电磁场强度与电压等级间的规律不明显； ②职业人员长期工作场所主控室工频电磁场强度值均很小，远低于职业工作人员电磁场暴露限值标准，因此不会对职业工作人员身体健康造成危害；③各变电站围墙周围工频电磁场强度最大值分别为201V/m和0.450μT，远小于国家规定的公众电磁场暴露限值标准，不会对周围公众造成危害。

参考文献：

[1]刘岳定，王里奥，江玲燕.重庆市典型变电站站场外工频电磁场实测分析[J].环境科学与管理，2009，34（3）：138-140.

[2]李华亮，李丽，曾广诚，等.不同电压等级变电站工频电磁场暴露状况调查[J].环境与职业医学，2013，30（11）：847-849.

[3]于丽新，李超，杜佳，等.辽宁省某典型500kV变电站电磁污染分布特性研究[J].环境科学与技术，2013（s1）：90-94.

[4]余鹏，田杰，李强，等.沿海地区不同电压等级变电站电磁环境参数测量与分析[J].智能电网，2016，6（4）：191-198.