输变电工程电磁辐射防护金属屏蔽网防护效果分析

颜琳 吴惠体 黄慧

（广西壮族自治区辐射环境监督管理站 广西南宁 530222）

0 引言

输变电工程是我国能源供给的基础设施，随着我国工业、经济的不断发展，各区域用电需求不断扩大，电力已然成为现代生活的必需品。随着我国交流输变电建设项目的建设规模不断扩大，输变电项目与公众活动区域的距离不断拉近，公众对输变电项目周围的电磁辐射也变得敏感起来，输变电项目环境敏感目标的超标问题则需要因地制宜地找到更加有效的解决方式。

广西境内500 kV 电网依托南方电网“西电东送”大通道，以南部沿海煤电基地和红水河流域水电基地为支撑，形成“四横两纵”的网架格局。截至2017 年，广西500 kV 变电站在全区各设区市实现了全覆盖，500 kV和220 kV 变电站形成多环网络结构通过输电线路延伸到各设区市［1］。截至2022 年，广西共有35 kV 及以上变电站2000 多座，35 kV 及以上线路10 万km。我们在实际监测与监管过程中，发现有部分输变电项目存在超标的问题，建设单位也针对超标问题采取了很多有效的防护措施，其中安装金属屏蔽网非常经济有效。

1 高压交流输变电电磁辐射及其环境标准

1.1 高压交流输变电电磁辐射原理

电磁辐射从广义上来说是指能量以电磁波或光量子形式发射到空间的现象，包含着“电离辐射”和“非电离辐射”。根据频率范围的不同，可以分成低频电磁波、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和γ 射线等［2］。

我国高压交流输变电工程在工作过程中产生的辐射由于其工作频率为50 Hz，故属于低频电磁辐射，其“大小”通过电场强度和磁场强度来衡量。对交流输变电工程开展电磁环境监测时，工频电场强度和工频磁场强度的测值就成为工程是否达标的依据。工频电场是指电量随时间作50 Hz 周期变化的电荷产生的电场；工频磁场是指随时间作50 Hz 周期变化的电流产生的磁场。

1.2 我国高压交流输变电电磁环境标准

在生态环境领域，我们主要依据的标准是《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014）。该标准，由原国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局于1988 年联合发布，旨在为了加强电磁环境管理，保障公众健康，并在2014 年9 月23 日发布第一次修订版，该标准规定了电磁环境中频率范围在1 Hz～300 GHz 电场强度、磁场强度、磁感应强度以及等效平面波功率密度的公众曝露控制限值。

涉及高压交流输变电工程的具体限值如下：工频电场强度控制限值为4 000 V/m，工频磁感应强度控制限值为100 μT；对于架空输电线路线下的耕地、园地、牧草地、畜禽饲养地、养殖水面、道路等场所，其频率50 Hz的电场强度控制限值为10 kV/m，而且应相应给出警示和明显的防护指示标志［4］。

1.3 高压交流输变电电磁环境测量方法

有了相应的标准，监测技术也有相应的规范。在生态环境领域，我国目前高压交流输变电的监测方法主要依据《环境影响评价技术导则 输变电》（HJ 24—2020）及《交流输变电工程电磁环境监测方法（试行）》（HJ 681—2013）。

对交流输变电项目的变电站、输电线路监测点位的布设都有相应要求，通过规范、科学合理地监测布点，测量工频电场与工频磁场以便全面科学地评价变电站和输电线路周围的电磁环境。

1.3.1 变电站监测点位布设

变电站监测点位的布设包括站界和断面。站界顾名思义就是变电站的边界，站界的监测点选择在远离进出线的围墙外5 m 处，断面的监测则以站界最大测值处为起点，垂直于围墙方向上，监测点位间隔5 m，顺序测至50 m 处［5］。结合站界和断面的监测，我们对变电站周围区域电磁环境有了更加全面的了解。

1.3.2 输电线路监测点位布设

交流输电线路通常分为架空线路和地下线缆。开展架空输电线路的断面监测时，规范要求监测布点路径应选择在相邻的2 座杆塔之间且导线弧垂最低位置垂直于导线的方向上。单回线路和同塔多回线路的监测起点稍有不同，单回线路的监测以导线弧垂最低位置处中相导线对地投影点为起点；同塔多回线路以弧垂最低位置处档距对应两杆塔中央连线对地投影为起点，通常每隔5 m 设置1 个监测点位，顺序测量到环境影响评价范围或边导线对地投影外的50 m 处。在测量到工频电磁场最大的位置时，2 个相邻监测点的距离应≤1 m［5］。

测量地下输电电缆的断面时，应以地下输电电缆线路中心正上方的地面为起点，沿着垂直于线路方向顺序测量，每隔监测点位间隔1 m，测至电缆管廊边缘外5 m 处［5］。

若输电线路不是对称分布的，线路的断面监测应在线路两侧均布设监测点位。若是在线路其他位置进行监测的，应记录监测点与线路的相对位置关系和周围环境情况。

1.3.3 敏感点监测点位布设

输变电工程周围的环境敏感目标点是我们重点关注的地方，对其进行监测必不可少。在开展环境敏感目标点的监测时，应选择在建筑物靠近输变电工程的一侧，距离建筑物＞1 m 的位置布点。若进入到屋内或阳台、平台等地监测，则应离墙壁或其他固定物体1.5 m，或房间、阳台、平台的正中央［5］。

2 防护措施

输变电工程运行时产生的工频电磁场会对其周围电磁环境造成影响，通过优化变电站的布置形式、采用同塔多回架设方式、优化导线的相序排列、提升导线对地高度、加装电磁辐射防护屏蔽网等措施，都可以有效降低输变电工程的工频电磁场强度。

2.1 变电站防护措施

2.1.1 优化变电站的布置形式

变电站内的建筑物和输电线路的电缆包层都能起到一定的屏蔽效果，在电压等级相同的情况下，地下布置型、户内型和半户内型变电站站界的工频电场强度明显小于户外型变电站。通过对多个110 kV、220 kV 变电站的现场监测，分析监测数据发现，在相同电压等级条件下，主变容量及配电装置也使用了相同的设置布局，采取室外方式布置比采取室内方式布置变电站对站界外电磁环境的影响更大［6-7］。因此在变电站选址设计阶段，应充分考虑其周围环境状况，比如在城区居民居住密集的地方，建设变电站输变电设施，应该尽量考虑到变电站对周围居民的影响，合理选择室内或室外布置形式。

2.1.2 抬高带电构架及进出线高度

变电站内带电构架及进出线产生的工频电磁场与距离有直接关系，综合考虑地形等因素，合理规划变电站进出线的位置，抬高带电构架及进出线高度，可以降低带电构架和进出线对周围电磁环境的影响［8］。

2.2 输电线路防护措施

输电线路的工频电场强度、工频磁感应强度等电磁参数的大小主要取决于导线相序排列方式、导线对地高度、距离、运行工况、湿度等。

2.2.1 选择合理的导线排列方式

不同的导线排列方式会对输变电工程周围电磁环境产生不用的影响。综合考虑输变电杆塔类型以及输电导线的相序因素，线路下方对电磁环境影响最小的导线排列方式是导线逆相序排列的竖塔。根据国内相关研究表明，横塔周围的电磁环境明显高于竖塔，而在相同塔型条件下，导线同相序排列高于导线逆相序排列［9］。因此，在架设导线时，选择合理的导线排列方式能够有效的降低线路对周围电磁环境的影响。

2.2.2 提升导线对地高度

提高导线的对地高度可以有效的减小线路对其周围电磁环境的影响［10］，同样也是输电线路的防护措施之一，但当导线升至一定高度后，继续提升高度，其对电磁环境的影响降低效果不明显。在输电线路设计时，充分考虑地形和经济因素，合理抬高导线的对地高度。

2.2.3 架设金属屏蔽网

架设金属屏蔽网可以有效地降低线路环境敏感目标处的工频电磁场强度，且屏蔽网的金属丝越多屏蔽效果越好，但金属丝的增加与工频电磁场强度的降低并不成正比，且屏蔽网的安装高度以及屏蔽网与输电线路中心的距离也会对其屏蔽效果产生较大影响。当线路的架设已经最优化，比如导线已经架到了一定高度，也采用了同塔多回的架设方式，线路周围环境敏感目标点仍然出现超标情况，敏感目标户主无法拆迁离开，我们可以视情况架设金属屏蔽网，通过架设金属屏蔽网降低线路周围环境敏感目标的工频电磁场强度。以下将通过广西3 处具体实例了解金属屏蔽网的防治效果。

3 输变电线路金属屏蔽网的防治效果

3.1 金属屏蔽网屏蔽原理

采用金属屏蔽网是电磁屏蔽技术的一种，电磁屏蔽是以导电或导磁材料制成的屏蔽体将需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离［12］。在输变电工程中，我们通过电磁屏蔽，即架设金属屏蔽网，将输变电工程周围的电磁环境与其环境敏感目标周围的电磁环境隔离开来，形成各自单独的区域，让输变电项目产生的电磁场无法进入到环境敏感目标区域，从而减小输变电工程对周围环境敏感目标的影响。

通过理论计算与分析，屏蔽网的高度、总面积和导体总长度等参数均会影响屏蔽网的屏蔽效能，金属屏蔽体用量是决定屏蔽效能的关键因素［13］。当输变电工程环境敏感目标点出现超标问题时，我们可以通过设计规划，选择合理的架设高度、金属丝的数量，从而经济有效的解决超标问题。

3.2 输变电项目与金属屏蔽网建设情况

本文以广西区内某输变电项目500 kV 线路工程3处电磁环境敏感目标为例，这3 处环境敏感目标通过采取金属屏蔽网措施以降低输电线路对周围电磁环境的影响。该工程于2018 年8 月开展自主验收，在验收时，通过现场监测发现钦州市钦南区久隆镇白鹤村某居民家、钦州市钦北区长滩镇古勉村某居民家、南宁市邕宁区那塘坡某居民家等3 处环境敏感目标2 楼顶处的电磁监测结果超标，3 处环境敏感目标与本工程相对位置关系见表1。

表1 3 处电磁环境敏感目标与该工程相对位置关系

对超标的点位经过分析设计，输变电业主单位决定对3 处超标的电磁环境敏感目标采取加装金属屏蔽网的环保措施，屏蔽网架设在线路与环境敏感目标之间，主要部件为两根金属立柱，上面连接2 根金属线缆，地下埋有金属线缆。屏蔽网见图1 和图2。

图1 钦州市钦南区久隆镇白鹤村某居民家屏蔽网

图2 南宁市邕宁区那塘坡某居民家屏蔽网

3.3 金属屏蔽网安装效果

在加装了金属屏蔽网后，监测单位对3 处电磁环境敏感目标开展多次监测。监测时段内，监测环境条件相近，线路的运行负荷相当，监测结果对比见表2。

表2 3 处电磁环境敏感目标安装金属屏蔽网前后监测结果对比表

在表2 中可以看出，在安装金属屏蔽网之前3 个环境敏感点的监测点位工频电场强度监测值均已超标；在安装金属屏蔽网之后，白鹤村某居民家测值由5.517 kV/m 下降到3.607 kV/m，古勉村某居民家测值由6.564 kV/m 下降到3.896 kV/m，那塘坡某居民家测值由4.405 kV/m 下降到3.591 kV/m；3 处环境敏感点的工频电场强度和工频磁感应强度测值均能满足 《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014）的公众曝露控制限值要求。

4 结论

（1）某输变电工程500 kV 输电线路，3 处环境敏感目标在验收监测时发现有电磁环境超标问题，在采取了金属屏蔽网措施后，工频电场强度监测结果大幅减小，最终达到《电磁环境控制限值》（GB 8702—2014）规定的4 000 V/m 公众曝露控制限值的要求。

（2）金属屏蔽网设施简单，建设成本低，通过安装前后的对比监测显示其屏蔽效果好，对线路周围不能拆迁的居民点起到了良好的保护作用。但受到距离等因素的限制，在选择电磁环境防护措施时应从实际出发，因地制宜，选取最优的防护方案，从而保障输变电线路的顺利运行，促进经济与生态环境的和谐发展。