1 000 kV特高压变电站垂直空间电磁环境分布的测试与分析

徐 鹏, 柯艳国, 汪 晨, 赵常威, 姚为方, 潘娟琴, 华雪莹

(1.安徽新力电业科技咨询有限责任公司, 安徽 合肥 230601;2.国网安徽省电力有限公司, 安徽 合肥 230022;3.国网芜湖供电公司, 安徽 芜湖 241000;4.国网安徽省电力有限公司电力科学研究院,安徽 合肥 230601)

0 背景

随着我国社会经济的飞速发展，对电力能源的需求也达到了前所未有的高度，而我国能源资源和经济社会发展不均衡的基本国情，也成为发展特高压输电的重要原因。特高压工程一般指直流电压达到±800 kV以上，交流电压达到1 000 kV以上的高电压等级输电工程，其具有输送距离长、能量损耗小、输送容量大等优势。我国的主要能源消费中心多集中在东部，但能源资源主要集中在中西部地区，这也间接造成了东西部地区经济发展上的差距。大力发展特高压交流输电技术是解决我国电力负荷和能源分布严重不平衡的有效办法，可以实现资源在更大范围的优化配置，也是建设坚强国家电网的重要措施。

当前，对变电站的水平方向的工频电磁环境水平国内已有大量的研究，但因变电站内设备分布较复杂，安全管控严格，站内高空测试存在风险等原因，国内外鲜有对变电站垂直方向上电磁环境分布的文献。本文以某1 000 kV特高压变电站为例，利用特种无人机搭载专用高空电磁检测仪器对特高压变电站内外主要设备及工作区域开展垂直空间的工频电磁场断面测试。通过本文的分析和研究结论，为特高压变电站内立体空间电磁环境研究、站内电磁场对巡检无人机的影响及工作场所职业卫生改善等方面提供参考依据。

1 测试方法

1.1 测试对象

测试对象为华东地区某1 000 kV特高压变电站。为获取特高压变电站内的垂直空间工频电场和工频磁感应强度的基本情况，在满足电力安规的前提条件下，经严格筛选和风险评估在站内几个主要场所和设备附近共布设8个垂直断面测试点位，并在变电站外布设一个背景断面测试点位。

1.2 测试仪器

(1)SEM- 600工频场强计，频率范围：1 Hz～100 kHz；测量范围：工频电场强度0.01 V/m～100 kV/m，工频磁感应强度1 nT～10 mT。

(2)UAV-LF- 04，频率范围：1 Hz～400 kHz；测量范围：工频电场强度0.05V/m～100 kV/m，工频磁感应强度1 nT～3 mT。

(3)大疆无人机。

图1 测试设备

1.3 检测方法

本次为实验性测试，没有相对应的测试依据，测试方法参照《高压交流架空送电线路、变电站工频电场和磁场测量方法》(DL/T 988-2005)和《交流输变电工程电磁环境监测方法(试行)》(HJ681-2013)开展，测试方案设计如下：

本次测试在特高压变电站内外主要区域共布设8个点位，详见表1。测试时无人机在各测试点位由地面起飞垂直向上飞行，每上升1 m记录相应的工频电场和工频磁感应强度数据。飞行高度在0～50 m之间，由于站内高压设备较多，考虑到安全问题具体到达高度以测试点位实际情况调整，当达到最大高度后垂直下降。无人机飞行采用手动模式，由于受到风速、温度等影响，测试选择无风无雨天气晴好的气候环境开展，同一高度横向位置偏移距离约0～0.5 m。

表1 测试点位

1.4 测试环境

表2 检测气象条件

表3 主要设备负荷

2 结果与讨论

2.1 工频电场强度测试结果

根据对8个工频电场测点数据绘图，得到各点位垂直方向的工频电场强度分布曲线。

由图2可以看出：变电站外背景位置处，由于没有带电设备的干扰，自然界工频电场强度随高度升高略微增加，在距离地面5～10米高度处达到最大值23.5(V/m)，随后随高度增加而减小。

图2 ①号点位工频电场强度测试曲线

由图3可以看出：在变电站内空旷位置，虽然离带电设备有一定距离，但由于受到远处500 kV架空线路的影响，工频电场强度随着高度增加开始有明显增高，在距离地面35～40米高度处达到最大值206.9(V/m)，随后降低。

图3 ②号点位工频电场强度测试曲线

由图4可以看出：在变电站站主控楼门前区域，工频电场强度从地面开始随高度升高有所增加，最大值1 149.6(V/m)出现在距离地面10～15米高度，由于主控楼距离线路开关等设备较远，之后随高度增加工频电场强度显著降低。

图4 ③号点位工频电场强度测试曲线

由图5可以看出：在500 kV线路开关柜附近，工频电场强度最大值1 393.0(V/m)出现在距离地面0～5米高度附近随后逐渐降低，在20米高度位置处因受周边母线开关设备等影响出现短暂增加。

图5 ④号点位工频电场强度测试曲线

由图6可以看出：500 kV保护小室附近工频电场强度随高度增加先显著增高，在距离地面5～15米高度附近达到最大值1 076.5(V/m)，之后开始不断降低。

图6 ⑤号点位工频电场强度测试曲线

由图7可以看出：1 000 kV线线高抗中心附近的工频电场强度随高度增加不断升高，距离上方线路越近增加越明显，在距离地面高度25米时测试值开始显著增加；由于上方线路限制，该位置只测试到30米高度处4 040.9(V/m)。

图7 ⑥号点位工频电场强度测试曲线

由图8可以看出：1号、2号主变中间的1 000 kV出线构架附近，工频电场强度较其他位置更大且强度随高度增加快速上升，最大值7 787.8(V/m)出现在距地面15～25米高度附近，之后随着飞行高度超过了上方线路，工频电场强度随之降低。

图8 ⑦号点位工频电场强度测试曲线

由图9可以看出：2号主变东侧的1 000 kV出线构架附近，工频电场强度较其他位置更大且强度随高度增加快速上升，最大值7 940.0(V/m)出现在距地面20～25米高度附近，且15～30米范围内场强大小变化不大，30米后场强开始降低。

图9 ⑧号点位工频电场强度测试曲线

2.2 工频磁场强度测试结果

根据对8个工频磁感应强度测点数据的绘图，得到各点位垂直方向的工频磁感应强度分布曲线。从图9可以看出本次布置在特高压变电站的8个测试点位，工频磁感应强度总体较小，3号和8号点位由于受地面其他设备影响，在近地面出现了最大值，随后随高度增加而减小；其他测试点位高峰值密集出现在距离地面15～30米高度处。

2.3 场强变化趋势分析

对比图2、图4可知，在距离带电设备较远的区域，工频电场强度较小，在高度约10米处附近工频电场强度出现最大值，之后随高度继续增加而降低；但随着离带电设备距离减小，工频电场受设备的影响越来越大，图3虽为空旷区域，但受500 kV架空线路影响，电场随高度增加不断增大，并在距地面高度约40米处产生最大值。

对比图3、图6、图7、图8可知，当测点上方有架空线路时，该位置垂直方向工频电场强度受架空线路影响较大。随高度的增加，工频电场强度不断升高，在靠近上方架空线路附近出现最大值；当高度超越线路高度后，工频电场强度随高度升高开始降低。

对比图4、图6可知，当测点上方没有架空线路时，该位置垂直方向工频电场受周围最近的带电设备影响较大。场强变化趋势主要是从地面开始先随高度的上升不断增加，后逐渐增加出现最大值后，再随高度增加而降低；图5位置则是受周围其他设备影响，在15～20米高度范围内又出现了短暂的场强增大。

分析图9可知，工频磁场在垂直方向上的总体变化趋势是从地面开始先随高度的上升不断增加，后在15～25米高度处逐渐增加出现最大值后，再随高度增加而降低；当周围有其他工频磁感应强度较大设备时，会造成距离较近的位置产生峰值。

图10 1～8号点位工频磁感应强度曲线

3 结论

本文通过对某1 000 kV特高压交流变电站垂直空间的工频电场强度和工频磁感应强度的检测，分析其电磁场分布规律得出以下结论：

(1)变电站垂直空间工频电场强度与设备分布紧密相关。在主要设备区域，若上方没有高压线路时，工频电场强度峰值一般出现在距离地面5～15米的高度范围；若上方有高压线时，工频电场强度随着高度的升高不断增加，并在架空线路附近到达最大值，当高度超过高压线时，工频电场强度随高度增加开始降低。

(2)特高压变电站内设备电压等级越高，周边垂直空间分布的工频电场强度越大。1 000 kV设备区域垂直空间工频电场强度大于500 kV设备区域，500 kV设备区域工频电场强度大于办公区域和非设备区。

(3)本次测试区域工频磁感应强度在垂直空间上变化不大，场强较大值一般出现在距离地面20～30米的架空线路附近；当近地面受到电容器等设备干扰时，区域场强增大的较为明显。

(4)1 000 kV设备区域空间工频电场强度较大，在距离地面5～40米高度区域内大多超过5 000 V/m，根据《电力行业作业场所工频电磁场安全防护规定》(试行)中规定，进入该区域长时间工作时应正确佩戴工频电磁场自动预警器及其他防护措施。