第十章輸變電工程的電磁環(huán)境

第十章輸變電工程的

電磁環(huán)境問題

第一節(jié)概述第二節(jié)電力系統(tǒng)對鄰近其他設(shè)施的電磁影響第三節(jié)電力系統(tǒng)工頻磁場問題第四節(jié)工頻電磁場的生物效應(yīng)問題

第一節(jié)概述

電力系統(tǒng)對鄰近其他設(shè)施如通信設(shè)施和金屬結(jié)構(gòu)等的電磁影響是一個既涉及電磁兼容也涉及電氣安全的問題。高壓架空送電線對環(huán)境的污染影響，一般包括:工頻電場、磁場、無線電騷擾和可聽噪聲四個方面。高壓架空送電線路下的工頻電場對處在場中的人和物會產(chǎn)生兩種影響：(1)對活的有機(jī)體的影響，即生態(tài)效應(yīng)。(2)強(qiáng)電場可能引燃易燃物品及引爆易爆物品。

電力系統(tǒng)的工頻磁場問題一直受到廣泛關(guān)注。鑒于對磁場的安全水平的爭論持續(xù)存在和輸電容量的不斷擴(kuò)大，輸電線路的設(shè)計者正在尋求從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都能接受的削減工頻電磁場的措施。

幾十年來在動物身上進(jìn)行的體外實驗和體內(nèi)實驗結(jié)果還不能有效表明架空線等附近的電磁場對健康的危害程度。

然而有一些醫(yī)學(xué)家確信電磁場與人類的健康之間可能存在相互關(guān)聯(lián)。

有人認(rèn)為輸電線路的電場不會對健康構(gòu)成威脅，而磁場對健康的影響仍需進(jìn)一步研究，但爭論依然存在。

第二節(jié)電力系統(tǒng)對鄰近其他

設(shè)施的電磁影響一、電力設(shè)施對無線電的電磁騷擾電力線路和變電設(shè)施是無線電設(shè)施和通信線路等的重要騷擾源。騷擾主要分為無源騷擾和有源騷擾。

有源騷擾主要是由導(dǎo)線及金具表面電暈放電和絕緣子因局部場強(qiáng)過高引起火花放電產(chǎn)生，頻率范圍基本上<30MHz。無源騷擾是無線電信號通到線路的導(dǎo)線和鐵塔以及變電站的大型架構(gòu)后因電磁感應(yīng)而形成的散射和屏蔽作用，其頻率范圍>30MHz，尤其是UHF頻段。

架空送電線路的無線電騷擾主要是對無線電信號的接收質(zhì)量產(chǎn)生影響。

(一)無線電騷擾水平

根據(jù)我國110～500kV線路的實際情況制定的GBl5707—1995《高壓交流架空送電線無線電騷擾限值》見表10-1。目前我國各電壓等級的送電線路，除高海拔地區(qū)外，基本上不超過表中限值。表10-1無線電騷擾限值

電壓(kV)110220～330500限值(dB)465355(二)架空送電線路無線電騷擾的影響

(1)對專業(yè)或軍用無線電臺站的影響

自80年代以來，我國陸續(xù)發(fā)布了數(shù)項對送電線和變電站無線電騷擾進(jìn)行防護(hù)的國家標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的防護(hù)距離大大減少，且更具科學(xué)性。對降低電力建設(shè)成本十分有利。如500kV線路與電視差轉(zhuǎn)臺的防護(hù)距離已降至500m。實際上繼續(xù)減小某些防護(hù)距離是可能的，即可以通過實測和計算分析來確定具體的防護(hù)距離。國內(nèi)就有不少成功的實測和協(xié)調(diào)工作，如：青島彩電中心建設(shè)與220kV線路距離問題等。(2)對居民無線電接收的影響

對居民無線電接收質(zhì)量的影響，一般考慮4個因素：①無線電騷擾水平②無線電信號強(qiáng)度；③信號與騷擾之比(信噪比)；④線路與接收點的距離。ITU推薦的廣播信號的最小服務(wù)強(qiáng)度如表10-2，這是中國所處地帶的情況。表10-2ITU推薦的廣播信號的最小服務(wù)強(qiáng)度頻率(MHz)0.511.6信號強(qiáng)度(dB)656057對廣播接收質(zhì)量影響的評價指標(biāo)是信噪比，表10-3為CISPR第18號出版物規(guī)定的取值。CISPR推薦26dB作為評價無線電騷擾影響可接受的信噪比，亦即當(dāng)無線電信號強(qiáng)度(dB值)減去騷擾水平，其差值大于26dB就可認(rèn)為具有滿意的接收質(zhì)量。

表10-3信噪比的取值判別(信號用平均值檢波、騷擾用準(zhǔn)峰值)信噪比(dB)判別40對古典音樂收聽完全滿意32對—般收聽滿意26不易察覺的背景噪聲20背景噪聲明顯15背景噪聲很明顯8很難聽懂電視信號頻段＞30MHz，其接收包括伴音與圖像兩個方面，所以電視頻段騷擾影響的分析比30MHz以下的騷擾影響復(fù)雜。目前對架空送電線所產(chǎn)生頻段騷擾的測量，缺乏足夠的可用數(shù)據(jù)，包括能夠獲得滿意接收質(zhì)量的最小信噪比。另外，電視圖像的接收還可能受到無源騷擾的影響，如圖像重影。電視騷擾問題目前尚處于定性分析階段。

二、電力系統(tǒng)對鄰近金屬結(jié)構(gòu)的電磁影響

電力系統(tǒng)對鄰近其他設(shè)施如金屬結(jié)構(gòu)的電磁影響是一個既涉及電磁兼容也涉及電氣安全的問題。為指導(dǎo)這類問題解決，1995年國際大電網(wǎng)會議發(fā)布了“高壓電力系統(tǒng)對金屬管線的影響導(dǎo)則”。該導(dǎo)則提供了電力系統(tǒng)對平行于輸電線路的具有簡單結(jié)構(gòu)的金屬管線阻性和感性耦合電磁影響的計算方法和計算公式。

(一)變電站故障時對鄰近復(fù)雜金屬管線的電磁影響

當(dāng)變電站出現(xiàn)故障的情況下，變電站鄰近的金屬結(jié)構(gòu)上會感應(yīng)出過電壓和過電流，并沿著金屬結(jié)構(gòu)向前傳播有時可達(dá)數(shù)百米，這些騷擾信號可對人員、金屬結(jié)構(gòu)本身或與之相連的設(shè)備構(gòu)成威脅。

圖10-2某鄰近有金屬管網(wǎng)的變電站示意圖圖10-1鄰近有金屬管網(wǎng)的變電站示意圖當(dāng)變電站出現(xiàn)故障的情況下，金屬結(jié)構(gòu)上的電磁騷擾來源有兩個渠道：1.進(jìn)入變電站的故障相線上的電流通過感性耦合方式在金屬管線上形成騷擾；2.故障電流流入變電站接地網(wǎng)時引起地電位升高通過阻性耦合方式在金屬管線上形成騷擾。

(二)變電站接地網(wǎng)對附近建筑物接地網(wǎng)和直埋金屬管道的阻性耦合騷擾

隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展，電壓等級不斷提高，電網(wǎng)輸送容量逐步增大，電力系統(tǒng)故障發(fā)生后，經(jīng)變電站接地網(wǎng)散流的故障電流越來越大。

城市變電站接地網(wǎng)對附近建筑物接地網(wǎng)和地下直埋金屬管道的阻性耦合問題，日益成為人們關(guān)心的問題。研究變電站接地網(wǎng)附近的建筑物接地網(wǎng)和直埋金屬管道的地電位升高，并以此為依據(jù)提出必要的防護(hù)措施，可為城市變電站接地網(wǎng)設(shè)計和城市規(guī)劃提供一定的理論依據(jù)。

變電站接地網(wǎng)簡稱主地網(wǎng)，建筑物接地網(wǎng)簡稱小接地網(wǎng)，直埋金屬管道簡稱管道。

相應(yīng)的防護(hù)措施有：如果要降低主接地網(wǎng)電位，應(yīng)該采用按圖10-6(a)布置方式，即采用聯(lián)絡(luò)導(dǎo)體連接的方案；如果要降低小接地網(wǎng)電位，應(yīng)采用按圖10-6(b)布置方式。圖10-6管道與接地網(wǎng)布置(三)輸電線路對地面上的金屬管線的電磁影響典型的500kV和220kV輸電線路分別如圖10-7和圖10-8所示。它們在正常和故障情況下均可通過電場和磁場的綜合作用對地面上的金屬裸管線或具有絕緣外皮金屬管線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

圖10-7典型的220kV輸電線路桿塔圖10-8典型的500kV輸電線路桿塔圖10-10金屬管線兩端部合成感應(yīng)電壓與輸電線桿塔中心距離的關(guān)系圖10-9高壓輸電線路旁的金屬管線結(jié)論:(1)當(dāng)金屬管線離輸電線路較近時由電場引起的感應(yīng)電壓較高，而較遠(yuǎn)時，由磁場引起的感應(yīng)電壓占主導(dǎo)地位。(2)由磁場引起的感應(yīng)電壓在電網(wǎng)正常運行狀態(tài)下很低，可以忽略，而在短路條件該類電壓較高。(3)金屬管線上的絕緣護(hù)套對由電場引起的感應(yīng)電壓影響很小。(4)對于雙回輸電線路來說，金屬管線上的最大感應(yīng)電壓出現(xiàn)在雙回線的排列相序相同時。

三、電力電纜短路故障時對直埋通信線路和金屬管線的電磁影響

地下電力電纜發(fā)生纜芯對護(hù)套短路故障時，線路上的電流一部分在故障點經(jīng)過變電站的接地體流入大地，另一部分通過護(hù)套流入大地或返回始端電源中性點。流過護(hù)套的電流可能會在其附近通信線上耦合出高于通信線正常工作電壓時的縱向感應(yīng)電動勢，也可在金屬管線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

圖10-11電力電纜通信線和金屬管道的位置示意圖隨著通信線不斷遠(yuǎn)離電力電纜，它上面的縱向感應(yīng)電勢越來越小。

和通信線相似，金屬管道上也會產(chǎn)生縱向感應(yīng)電勢，且隨著金屬管道逐漸遠(yuǎn)離電力電纜而逐漸減小。

隨著變電站接地電阻的不斷增加，通信線上面的縱向感應(yīng)電勢越來越小。這是因為：隨著變電站接地電阻的不斷增加，一方面，它對纜芯電流起到限制作用增大；另一方面，流過變電站接地電阻的分流減小，而流回護(hù)套的分流增加，由于護(hù)套上的電流始終與纜芯上的電流反向，屏蔽作用增強(qiáng)，從而使通信線的感應(yīng)電勢下降。四、高壓架空輸電線路對通信線路的工頻騷擾

(一)同塔雙回輸電線相線排列方式與其電磁騷擾的關(guān)系對于三相對稱運行的輸電線，當(dāng)通信線距電力線的距離大于三相電力線間距的若干倍時，電磁騷擾非常微弱。然而，兩線路近距離并行架設(shè)，甚至交叉的情況在當(dāng)今線路走廊選取中往往難以避免；另外，電力系統(tǒng)本身的通信及信號線或光纜會與電力線放置于同一桿塔上，既使三相電力線進(jìn)行良好換位，其電磁騷擾影響仍比較嚴(yán)重。

(1)單回線電磁騷擾相位小于60°定理

單回線電磁騷擾的相量分析是雙回線總騷擾分析的基礎(chǔ)，因為雙回線的總騷擾為各單回線騷擾量的相量和。先分析圖10-16所示的雙回線路第一回線對其下面通信線(如M1和M2點)的電磁騷擾相量。圖10-17為各相線騷擾與總騷擾F的相量分析示意圖(F可以為容性耦合電壓或感性耦合電動勢)。圖10-16雙回線與圖10-17第1回線各相通信線結(jié)構(gòu)示意圖干擾與總干擾的相量分析從圖10-17可以看出，隨著M線從靠近電力線處向遠(yuǎn)離電力線的方向移動，總騷擾相量F將沿圖中曲線軌跡順時針移動，當(dāng)M線趨于無限遠(yuǎn)時，三相騷擾對稱，總騷擾趨于零，θ角的絕對值趨于60°。由此可見，總騷擾相量的幅角為0<|θ|<60°。此為一條重要定理，其一般描述為：設(shè)單回線各相線的排列方式從下至上為X1、X2和X3，其對下方M線的總騷擾相量的相位一定在從X1相的騷擾相量開始，向X2相騷擾相量方向旋轉(zhuǎn)60°的范圍內(nèi)。(2)雙回線相線排列關(guān)系正確選擇餅圖若第2回線各相線排列順序與第1回線相同，則第2回線總騷擾相量的相位也一定在0～60°范圍內(nèi)。特別地，當(dāng)M線位于兩回線的中垂線上(如圖10-16中M1點)時，兩回線騷擾相量的相位同相，兩回線騷擾矢量和的幅值最大。

圖10-18不同相線排列方式下單回線騷擾相量相位范圍及雙回線相線排列關(guān)系正確選擇餅圖由圖10-18可以看出：若第1回線為A1B1Cl形式排列，則第2回線采用C2B2A2排列時總騷擾最小，因兩回線騷擾的相位差最大；顯然，第2回線采用A2B2C2形式排列，則雙回總騷擾最大。

圖中任意兩種相位范圍位置相對(接近180°)的布線組合均為雙回線相導(dǎo)線的相序最佳排列方式。不同最佳組合的總騷擾大小一定相同，盡管總騷擾的相位會不同。因此，圖10-18給出的餅圖為雙回線相序最佳排列確定方法圖從餅圖可以看出:A、正確選擇雙回線導(dǎo)線相序放置可以明顯減小其電磁騷擾。B、在正確排列雙回線導(dǎo)線的情況下，雙回運行時的電磁騷擾小于單回運行的騷擾；C、具有相同高度的M線，位于兩回線中間位置時所受的騷擾一定小于位于偏離中心且未明顯超出桿塔橫擔(dān)長度范圍內(nèi)時的騷擾。然而，若采取不正確的相同相序排列，則情況相反。

因此，對于雙回線架設(shè)在同一桿塔兩側(cè)，且三相導(dǎo)線豎直放置的情況，相導(dǎo)線排列方式應(yīng)為中間同相，上下反相，如AlBlCl與C2B2A2。

(二)高壓輸電線路在鐵塔周圍三維電場的分布

考慮到實際測量的困難，使用數(shù)值計算方法將鐵塔、鐵塔接地系統(tǒng)、輸電線路和避雷線同時考慮后可求出鐵塔周圍的電場分布。實際工程中某典型的500kV直線鐵塔示意圖如圖10-19所示，圖10-20為圖10-19中的鐵塔的三維工頻電場分布。圖10-21為圖10-19中鐵塔周圍電場瞬時值的分布。

圖10-19典型的500kV直線鐵塔示意圖圖10-20鐵塔周圍的工頻電場分布圖10-21鐵塔周圍的瞬時電場分布從圖10-20和圖10-21中可以看到，對于每一相，在x方向有很低的等電場強(qiáng)度線沿豎直方向穿越分裂導(dǎo)線，在z方向有很低的等電場強(qiáng)度線沿水平方向穿越分裂導(dǎo)線；

從圖10-20中還可以看出，y方向的電場強(qiáng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它兩個方向。當(dāng)給定ADSS光纜所能承受的最高電場值以后，從圖10-20和圖10-21中可以找到鐵塔周圍留有一定裕度的低于給定電場值的區(qū)域，也就是懸掛ADSS光纜的安全位置；同時圖10-20和圖10-21所給的電場分布也為帶電作業(yè)的安全防護(hù)提供了一定的理論依據(jù)。(三)全介質(zhì)自承式光纜(ADSS)的電蝕現(xiàn)象全介質(zhì)自承式光纜(ADSS)通常應(yīng)能抵制這些不良環(huán)境的侵害作用，而這種抵御作用主要依靠防護(hù)套來實現(xiàn)。

研究認(rèn)為：影響ADSS光纜保護(hù)型護(hù)套的主要因素是輸電線路桿塔上各種光纜夾具對ADSS光纜端部的火花式電暈放電。該放電會沿火花電暈放電的方向在夾具處的護(hù)套上形成不同程度的白色沉淀物，從而造成光纜護(hù)套的破壞(這種現(xiàn)象稱為全介質(zhì)自承式光纜的電蝕現(xiàn)象)。而出現(xiàn)在光纜夾具等處的火花式電暈放電所需場強(qiáng)通常是光纜許可場強(qiáng)的３倍左右。ADSS光纜應(yīng)選擇在場強(qiáng)不超過ADSS光纜３倍許可場強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)懸掛，并注意懸掛點的位置。對于單回輸電線路的桿塔，光纜應(yīng)懸掛在中相下方的鐵塔處；對于雙回輸電線路的桿塔，在正確選擇雙回線導(dǎo)線相序的條件下，光纜應(yīng)懸掛在位于兩回線中間位置的鐵塔處。另外在光纜的螺旋狀夾具的末端處安裝保護(hù)型的屏蔽能夠降低此處的電場強(qiáng)度，從而保證光纜的長期安全運行。

五、架空輸電線路對居民房屋的影響

為研究架空輸電線路對居民房屋的影響，我國曾在500kV平武線下建造了一幢真型磚混結(jié)構(gòu)試驗用民房，對房屋周圍、屋內(nèi)、陽臺和房頂電場的大小及分布規(guī)律進(jìn)行了測試。

這幢民房具有華東地區(qū)主要民房特點，分一層平頂房、兩層樓平頂房和兩層樓尖頂房三種，位于線路正下方。試驗結(jié)論為：(1)由于房屋的屏蔽作用，在房屋周圍約8m的范圍內(nèi)，場強(qiáng)都有不同程度的降低，屋內(nèi)場強(qiáng)為0.02～0.17kV/m，是無房屋時地面場強(qiáng)的3%以下，與家用電器設(shè)備附近的場強(qiáng)同一數(shù)量級；(2)二層樓尖頂房房頂上方離屋面0.5m處的場強(qiáng)為12～18kV/m，是無房屋時地面場強(qiáng)的3.7～4倍；(3)陽臺上的場強(qiáng)最大值為無房屋時地面場強(qiáng)的l.8倍，局部最大達(dá)9kV/m。

六、工頻電場對交通安全的影響

(一)工頻電場對公路交通安全的影響

(1)公路上工頻電場對易燃物品的引燃危險為了把高壓輸電線下靜電感應(yīng)產(chǎn)生的電擊限制到允許程度，輸電線跨越公路時的電場限值不同國家的規(guī)定是不同的，表10-4給出了四個國家規(guī)定的電場限值。

表10-4不同國家超高壓線路跨越公路的允許場強(qiáng)值

國家名前蘇聯(lián)捷克美國中國場強(qiáng)限值kV/m101077按照表10-4限值設(shè)計的高壓線路，人們在線下或跨越處接觸對地絕緣的車輛，仍會產(chǎn)生火花放電并伴隨著產(chǎn)生電擊。這種火花放電能否引燃輸電線下象汽油蒸汽這樣的易爆物?不少國家對此做過專門的試驗。根據(jù)研究報告。為防止汽油蒸汽被引燃，對于765kV線路來說，大型汽車的安全距離為距邊相外側(cè)25m，相應(yīng)的電場強(qiáng)度為2kV/m。美國邦維爾電力管理局發(fā)表的報告認(rèn)為“作為一項謹(jǐn)慎的預(yù)防措施，汽車加油時應(yīng)離開高壓輸電線路至少21m，按500kV輸電線路邊相地面投影外側(cè)21m處計算得到該處電場強(qiáng)度為1.5～2kV/m。

1985年國際大電網(wǎng)會議中提到：“有一些成員國規(guī)定電場強(qiáng)度超過2kV/m的地方不允許建造加油站”，“有一些國家規(guī)定加油站離應(yīng)離開500kV輸電線路一定的距離(如60m)”。綜合上述研究可以認(rèn)為，電場強(qiáng)度<2kV/m的地方不會因為汽車加油引燃汽油蒸汽。

(2)公路上工頻電場對行人的影響日本曾用傘在試驗線路下和實驗室中做了大量電擊感受試驗，認(rèn)為場強(qiáng)為3kV/m時，打傘經(jīng)過線下，由此產(chǎn)生的電擊給人造成的不舒服感是可以接受的；但當(dāng)場強(qiáng)增至4kV/m時，這種電擊將使人疼痛并產(chǎn)生驚慌感，為此取3kV/m作為跨越公路的允許最大場強(qiáng)。

1976年我國在試驗線路下也做了各種暫態(tài)電擊試驗，被試人員138人，共中8名婦女，試驗內(nèi)容為：雨天、晴天打傘，腳踝接觸接地細(xì)金屬線和食指碰接地金屬棒。試驗結(jié)果表明場強(qiáng)為3kV/m時，雨天打傘被試的全體人員都能感覺到，其中24％的人感到煩惱；腳踝碰細(xì)導(dǎo)線的試驗，有86％的人能感覺到，其中有煩惱的人也占24％，他們認(rèn)為一般人能感覺到的暫態(tài)電擊水平為2.7kV/m。

(二)工頻電場對鐵路運輸?shù)挠绊?/p>

火車車廂通過車輪和鐵軌有較好的電連接，不會發(fā)生車廂對地放電的問題，因此輸電線路跨越鐵路沒有工頻電場限值要求。導(dǎo)線對地距離僅取決于絕緣要求。以500kV線路為例，跨越鐵路的距離一般為13～14m。計算得到跨越處離地1～

4m的電場強(qiáng)度約為7kV/m左右。長期運行實踐證明：在該電場作用下，對通過載有易燃易爆貨物的列車不存在引燃的危險。

(三)工頻電場對船舶航運安全的影響當(dāng)船舶經(jīng)過跨越船閘的高壓輸電線路時，由于船體在水中自然保持和江水相同電位，不會發(fā)生船體對江水放電的問題。由于船體桅桿高出水面很多，當(dāng)滿足導(dǎo)線對桅桿絕緣距離要求后，導(dǎo)線對江面的距離將大大高于線路跨越公路和鐵路時的距離，按此決定的線下電場也將比跨越公路和鐵路時大為減小。我國已運行的四個500kV跨江工程。長期運行以來，沒有聽到有關(guān)影響航運安全的反映。不存在對載有易燃易爆物的船舶通過跨越船閘的線路時，因工頻電場引燃引爆的危險。當(dāng)旅游船停在跨越船閘的輸電線路下等候過閘的期間，游客在游船甲板上觀看船閘景觀，船甲板上的游客不會出現(xiàn)任何不舒服感。

但當(dāng)游客在游船頂層露天平臺上觀看風(fēng)景時，情況會大有不同，此時游客直接暴露在工頻電場下，加之船體對該處電場的畸變，人體實際承受的電場將比該處未畸變場高很多。

如果游客穿的鞋是導(dǎo)電的，這樣人和船體處于同一電位，人在平臺上相互接觸或觸摸船體不會有任何電擊感。穿絕緣好的鞋的人在電場作用下將感應(yīng)一高電位，當(dāng)他接觸和船體同電位的人時，相互間將有電擊感。在陽光或小雨天，游客在平臺上打傘觀光，傘上將感應(yīng)出一較高電位，并將出現(xiàn)明顯電擊感。因此有必要對過閘游船上采取局部防護(hù)措施，如禁止游客上頂層甲板平臺，并在此時可設(shè)專人值班，這樣架空線下工頻電場的靜電感應(yīng)才不至于影響船上旅客的安全。

七、送電線路產(chǎn)生的可聽噪聲

對送電線路因電暈產(chǎn)生的可聽噪聲是500kV以上電壓等級才出現(xiàn)的問題。電暈放電產(chǎn)生寬帶噪聲，含有區(qū)別于普通環(huán)境噪聲的高頻分量，這種噪聲具有碎裂、茲茲聲的特點，其頻帶可擴(kuò)展到聲頻以外的頻段上，疊加在低頻嗡嗡的交流聲上。

這種可聽噪聲與氣象條件密切相關(guān)，在雨、霧、雪等惡劣天氣下，導(dǎo)線上大量分布著電暈源，從而產(chǎn)生較大噪聲水平。研究表明，送電線路的可聽噪聲比交通噪聲更令人討厭，而且在比普通公共噪聲低10dB左右時，與睡眠者獲得的喚醒概率相同。有研究認(rèn)為：特高壓線路的可聽噪聲水平應(yīng)控制在56～58dB之內(nèi)比較合適。

第三節(jié)電力系統(tǒng)工頻磁場問題

高電壓和大容量是近年來電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，電力系統(tǒng)設(shè)備所處的電磁環(huán)境發(fā)生了很大的變化。目前，從供電可靠性和電磁兼容的觀點出發(fā)，超低頻電磁環(huán)境問題引起了人們的注意，電力系統(tǒng)的工頻電磁場問題受到廣泛的關(guān)注。

一、變電站中的工頻磁場分布

由于電力系統(tǒng)采用三相式輸電，且線路和設(shè)備的三維布置方式，電力系統(tǒng)設(shè)備周圍的磁場分布很復(fù)雜，對該類問題通常采用現(xiàn)場實驗和數(shù)值計算結(jié)合的方法進(jìn)行研究。國外有人曾對一個500kV/275kV戶外變電站的每相線路電流和高于地面1米處的工頻磁場進(jìn)行了24小時的同時測量和定量評估，該變電站內(nèi)高于地面1米處典型的工頻磁通密度在2μT到20μT之間。該變電站的布置示意圖如圖10-22所示，變電站有２條500kV和４條275kV的雙回線路，導(dǎo)體布置較復(fù)雜。

圖10-22某500kV/275kV變電站布置示意圖利用電流互感器對６條線路和３臺變壓器副邊的三相線路電流幅值、基頻相角和諧波進(jìn)行了測量，典型的測量結(jié)果如表10-6和圖10-23所示。三相電流的不平衡度在1～5%之間，每條線路電流的諧波成份不超過5%。從圖10-23可看出每條線路電流隨時間的變化規(guī)律完全不同。表10-6線路電流有效值范圍輸電線路電流有效值[A]輸電線路電流有效值[A]TL-1300～6001B副邊400～900TL-2100～2002B副邊400～850TL-3500～6503B副邊380～900TL-4500～1300*500kV母線100～400TL-5400～1000*275kV母線2000～3000TL-62700～3500*由基爾霍夫定理估算值三維磁場分布的測量點選在圖10-22中P點和Q點，并沿著通道#MB進(jìn)行測量，所有測量點距離地面的高度均為１米，測量結(jié)果如圖10-24、10-25和10-26所示。從圖10-23(a)和10-24(a)可以看出，在P點三維磁場強(qiáng)度(Bx、By、Bz)隨時間的變化規(guī)律與第3條線路(TL-3)中線電流隨時間的變化規(guī)律的對應(yīng)一致性很強(qiáng)。圖10-24(b)給出了P點三維磁場強(qiáng)度與距離最近的第3條線路中第一回線路的邊相Ｂ相(TL-31LＢ相)中線電流的關(guān)系，從圖中可看出它們具有很強(qiáng)的線性相關(guān)性。圖中P點三維磁場強(qiáng)度的分散性是由于它們受其他線路電流的影響。

圖10-23電流幅值隨時間變化曲線圖10-24P點處磁場強(qiáng)度的測量結(jié)果從圖10-25中可看出y方向的磁場強(qiáng)度By、z方向的磁場強(qiáng)度Bz均有兩條與變壓器副邊電流的相關(guān)性曲線；而x方向的磁場強(qiáng)度Bx只有一條與變壓器副邊電流的相關(guān)性曲線。圖10-25(b)表明除了電力系統(tǒng)的布置方式和線路電流之外，設(shè)備的運行狀態(tài)也是影響設(shè)備旁邊的磁場分布的重要因素。從10-26圖中可以看出計算值與測量值的一致性很強(qiáng)，這說明可以通過線路電流的測量結(jié)果及由此推出的母線電流分布再利用Biot-Savart定律來準(zhǔn)確地計算變電站內(nèi)工頻磁場的分布。

圖10-27中磁通密度的等值線每間隔2μT畫１條，從圖中可以看出275kV單元內(nèi)的磁通密度大約為2～20μT，遠(yuǎn)大于500kV單元內(nèi)的磁通密度，這是由于275kV母線電流較大的緣故。另外275kV單元內(nèi)的磁場分布的變化梯度比500kV單元內(nèi)的磁場分布的變化梯度大。

圖10-25Q點處磁場強(qiáng)度的測量結(jié)果圖10-26通道#MB磁場Bx分布的測量值與計算值比較圖10-27整個500kV/275kV變電站中磁場Bx分布的計算值二、輸電線路走廊邊緣處工頻磁場的減緩技術(shù)

鑒于架空輸電線路產(chǎn)生的電磁場對健康的影響問題的爭論依然存在和輸電容量的不斷擴(kuò)大，有必要采取從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都能接受的工頻電磁場削減措施。為減小ROW的工頻磁場，可采用在輸電線路附近安裝無源回路和有源回路的工頻磁場減緩技術(shù)。針對輸電線路三相導(dǎo)體水平布置的情況，可以通過架設(shè)平行于輸電線路的無源回路或有源回路抑制ROW的工頻磁場。在無源回路中，可分別采用直接通過回路感應(yīng)電流的工頻磁場減緩技術(shù)和在回路中串聯(lián)補償電容利用諧振減小回路阻抗增大回路感應(yīng)電流的工頻磁場減緩技術(shù)。下面簡要介紹其原理。

減緩ROW邊緣的工頻磁場的方法之一是在輸電線路和ROW邊緣之間架設(shè)兩條平行于輸電線路的低絕緣等級架空屏蔽導(dǎo)線，該兩條屏蔽導(dǎo)線在屏蔽區(qū)域的兩端相連在一起形成閉合屏蔽環(huán)路(見圖10-28)圖10-28屏蔽環(huán)路結(jié)構(gòu)示意圖(a)俯視圖(b)正視圖由于閉合屏蔽環(huán)路在輸電線路的磁場作用下會產(chǎn)生感應(yīng)電流，而該感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場會部分地抵消輸電線路的磁場。閉合屏蔽環(huán)路中的電阻和感抗影響著電流的大小和相位。在閉合屏蔽環(huán)路中串聯(lián)電容器可抵消部分感抗從而增大環(huán)路電流，適當(dāng)選擇電容器的容抗可顯著提高屏蔽效果。(一)α和β分量電流法

為便于理解上述屏蔽原理，可利用Clarke變換將三相輸電線路(水平布置)的正序電流(中相)、(左邊相)、(右邊相)轉(zhuǎn)換為分量、β分量、0分量：

圖10-29正序電流轉(zhuǎn)換為α分量和β分量從圖10-29可以看出：在輸電線路水平布置的情況下，中相和邊相的分量電流間呈同軸性分布，β分量電流間呈雙極性分布。若將一組正序電流分解成分量和β分量電流，則分量和β分量電流相量正交。對邊相來說，β分量電流是分量電流的1.732倍，每一電流分量產(chǎn)生的磁場相量是一線狀矢量，而不像一組正序電流產(chǎn)生的總磁場那樣呈橢圓狀。該線狀矢量特性是由于分量電流或β分量電流要么同相位，要么反相位。

和β分量電流產(chǎn)生的磁場分布圖明顯不同：分量電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度隨著遠(yuǎn)離輸電線路桿塔中心距離的立方成反比減?。欢路至侩娏鳟a(chǎn)生的磁場強(qiáng)度隨著遠(yuǎn)離輸電線路桿塔中心距離的平方成反比減?。?/p>

從10-30圖中可看出，總磁場強(qiáng)度主要取決于β分量電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度。ROW邊緣(22.8米處)外部的工頻磁場幾乎完全取決于β分量電流產(chǎn)生的磁場。

在屏蔽環(huán)路中相當(dāng)于有一個“反向流動”的β分量電流，它產(chǎn)生的磁場部分地抵消了起主導(dǎo)作用的β分量線路電流產(chǎn)生的磁場，這就是屏蔽環(huán)路削減ROW邊緣的工頻電磁場的基本原理。

圖10-30α分量和β分量電流的磁場分布與合成正序電流的磁場分布比較(二)無源屏蔽環(huán)路的電抗補償問題

環(huán)路阻抗是影響工頻磁場減緩效果的主要因素。在無源屏蔽環(huán)路中串入電容器可以補償環(huán)路電抗，環(huán)路電流隨著電抗補償度的增加而增加。電抗補償度(或容性補償度)的定義式如下式所示，其中：Xc是電容器的容抗；XS是每條屏蔽線路導(dǎo)體的自感；Xm是屏蔽線路導(dǎo)體間的互感。

電抗補償度=隨著電抗補償度的增加，屏蔽環(huán)路的阻抗角減小，從而可使其電流的相角變得不利于磁場的削減。電抗補償度對磁場屏蔽效果的影響如圖10-31所示，圖中給出的是β分量電流產(chǎn)生的磁場矢量，其中園的直徑隨著屏蔽環(huán)路電阻的增加而減小。

圖10-31電抗補償度對磁場屏蔽效果的影響無容性補償時在圖中水平線下方，其相角為屏蔽環(huán)路的固有阻抗角約80?左右。隨著容性補償度的增加，合成磁場矢量的大小減少至最小值，若進(jìn)一步朝100%方向增加電抗補償度，則的幅值增大。一般來說，屏蔽環(huán)路的電阻越小，最佳容性補償度越小。

根據(jù)圖10-32所示的輸電線路模型，充分考慮屏蔽環(huán)路、避雷線、輸電線路之間的相互影響，利用EMTP程序可以計算輸電線路ROW邊緣的工頻磁場分布。

圖10-32輸電線路模型的單相電路圖(三)無源環(huán)路對輸電線路的影響屏蔽環(huán)路電流產(chǎn)生的磁場會在輸電線路中感應(yīng)出一個小的縱向電勢，從而可對輸電線路的正序有效阻抗、負(fù)序電流、零序電流產(chǎn)生影響。表10-7給出了某典型的345kV輸電線路的計算結(jié)果。

表10-7屏蔽環(huán)路對輸電線路正序有效阻抗及負(fù)序、零序不平衡電流的影響類型正序有效阻抗(Ω/m)I2/I1(%)I0/I1(%)無屏蔽環(huán)路時0.5935.21.0有屏蔽但無容性補償時0.5884.61.0有屏蔽且最佳容性補償度為+60%時0.5823.90.99從表中可看出：采用補償?shù)钠帘苇h(huán)路對正序有效阻抗和負(fù)序不平衡電流有明顯的影響，但影響不太。而它對零序不平衡電流無顯著影響。總的來說，屏蔽環(huán)路對輸電線路的影響是不顯著的。

(四)輸電線路水平布置時不同位置的無源屏蔽環(huán)路對磁場的削減效果

三相導(dǎo)體水平布置的情況下屏蔽環(huán)路可能的布置方式見圖10-33，其中：屏蔽環(huán)路A對應(yīng)于感應(yīng)電流最大的位置，而屏蔽環(huán)路B對應(yīng)于ROW邊緣磁場最小的位置，環(huán)路E處于架空避雷線的位置。

圖10-33線路三相導(dǎo)體水平布置時屏蔽環(huán)路的不同位置圖10-34輸電線路導(dǎo)體垂直、△形、雙回路布置且屏蔽環(huán)路中感應(yīng)電流最大時的位置三相導(dǎo)體其他布置方式下使屏蔽環(huán)路中感應(yīng)電流最大時的布置位置見圖10-34。圖10-35和圖10-36分別給出了三相導(dǎo)體水平布置且屏蔽環(huán)路未采用容性補償?shù)那闆r下磁場強(qiáng)度絕對值和磁場強(qiáng)度削減度曲線。對于采用容性補償?shù)钠帘苇h(huán)路，一般選擇阻值較小的屏蔽導(dǎo)體，對各種環(huán)路中串聯(lián)補償電容值的選擇原則是使ROW處磁場強(qiáng)度削減度最大。圖10-37和圖10-38分別給出400kV輸電線路三相導(dǎo)體水平布置且屏蔽環(huán)路采用容性補償?shù)那闆r下磁場強(qiáng)度絕對值和磁場強(qiáng)度削減度曲線。

圖10-35三相線路導(dǎo)體水平布置且無容性補償時磁場強(qiáng)度絕對值的分布圖10-36線路導(dǎo)體水平布置且無容性補償時各種環(huán)路磁場削減度的分布圖10-37三相線路導(dǎo)體水平布置且采用容性補償時磁場強(qiáng)度絕對值的分布圖10-38三相線路導(dǎo)體水平布置且采用容性補償時各種環(huán)路磁場強(qiáng)度削減度的分布從圖10-36可以看出：在無容性補償?shù)那闆r下，屏蔽環(huán)路A和B的屏蔽效果比環(huán)路C、D、E的屏蔽效果好。在ROW邊緣處屏蔽環(huán)路B的屏蔽效果優(yōu)于屏蔽環(huán)路A，在其他位置屏蔽環(huán)路B的屏蔽效果比屏蔽環(huán)路A差。

從圖10-38可以看出：在采用容性補償?shù)钠帘苇h(huán)路中，除了ROW邊緣處之外，環(huán)路A的屏蔽效果的優(yōu)越性更加明顯。距離輸電線路桿塔中心較遠(yuǎn)時屏蔽環(huán)路C和D的屏蔽效果比環(huán)路B差。環(huán)路E的屏蔽效果最差，要達(dá)到環(huán)路C和D的屏蔽效果所需屏蔽導(dǎo)體的電阻非常小。對比圖10-36和圖10-38可以看出：采用容性補償?shù)乃衅帘苇h(huán)路的屏蔽效果都有明顯提高。表10-8給出了在水平布置的400kV輸電線路電流為500A情況下，各種位置的無源屏蔽環(huán)路中的功率損耗和所需的容性無功功率。該線路電流為額定電流的25%左右，屏蔽環(huán)路中的感應(yīng)電流從9%到50%。

表10-8水平布置的輸電線路電流為500A時各種位置的無源屏蔽環(huán)路中的功率損耗和所需的容性無功功率

屏蔽環(huán)路的位置無容性補償時有容性補償時功率損耗(kW/km)功率損耗(Kw/km)無功功率(kVAr/km)ABCDE1.50.61.21.20.541.37.66.14.9185.442.131.728.1(五)無源屏蔽環(huán)路的安裝環(huán)路A、C和D的導(dǎo)體可利用輸電線路現(xiàn)有的支撐結(jié)構(gòu)。僅需考慮加固鐵塔，使其有效地承受屏蔽環(huán)路導(dǎo)體的拉力和重力。如果屏蔽環(huán)路E是避雷線，則沒有增加原線路支撐結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，若將其更換為低電阻導(dǎo)線，則需加固鐵塔。

屏蔽環(huán)路B則需單獨架設(shè)支撐結(jié)構(gòu)，因此，需要考慮最小凈距問題，由于屏蔽環(huán)路B的導(dǎo)體遠(yuǎn)離輸電線路導(dǎo)體，故還需單獨考慮它與補償電容器的防雷問題。

在采用容性補償?shù)钠帘苇h(huán)路B中，通常在一側(cè)屏蔽導(dǎo)體的中間位置安裝接地線，在與接地點位置相對的另一側(cè)屏蔽導(dǎo)體處串接補償電容器。這樣可使在輸電線路故障時由線路故障電流中α分量和零序分量電流在屏蔽環(huán)路感應(yīng)的環(huán)路對地電壓最小另外可用氧化鋅避雷器保護(hù)電容器。另一個需要考慮的問題是屏蔽環(huán)路導(dǎo)體的最小凈距問題。尤其對于環(huán)路A、C和D的導(dǎo)體來說，最小凈距是一個關(guān)鍵性的參數(shù)。安裝屏蔽環(huán)路A、C和D時需要停電，而安裝屏蔽環(huán)路B時不需要停電。環(huán)路A的安裝位置幾乎不會引起人們的注意，而環(huán)路B由于需單獨安裝支撐結(jié)構(gòu)和屏蔽導(dǎo)體，因此會引起人們的注意，可能引起公眾的負(fù)面反應(yīng)。(六)無源屏蔽環(huán)路的建設(shè)費用

環(huán)路A和B的建設(shè)費用可粗略地估計出來，環(huán)路C和D的建設(shè)費用與環(huán)路A相當(dāng)。表10-9給出在水平布置的400kV輸電線路附近一個檔距的范圍內(nèi)架設(shè)一個無源屏蔽環(huán)路所需的建設(shè)費用，其中，環(huán)路A的建設(shè)費用是作為新建線路預(yù)算的附加費用。表10-9水平布置的400kV輸電線路一個檔距(450m)內(nèi)架設(shè)一個屏蔽環(huán)路所需的建設(shè)費用(元)項目屏蔽環(huán)路A屏蔽環(huán)路B無容性補償時有容性補償時無容性補償時有容性補償時導(dǎo)體費用支撐結(jié)構(gòu)費用補償和保護(hù)費用安裝費用合計25507490--2700127403700797075028701529026009980---460017180373010640500473019600如果輸電線路己經(jīng)存在，則屏蔽環(huán)路A的建設(shè)費用會顯著增加。在50m處，環(huán)路A每單位削減度的建設(shè)費用是屏蔽環(huán)路B的65%，如果屏蔽的范圍少于一個檔距，則屏蔽環(huán)路B的建設(shè)費用明顯低于屏蔽環(huán)路A。而各種屏蔽環(huán)路的運行費用主要取決于功率損耗。

(七)有源屏蔽環(huán)路的磁場削減效果

有源屏蔽環(huán)路是依靠外部電源來調(diào)節(jié)屏蔽環(huán)路中的電流，從而可使ROW邊緣處(x0，y0)的磁場削減度最大或使遠(yuǎn)離輸電線路(x0→∞)的磁場最小。圖10-39和圖10-40給出了在某400kV三相導(dǎo)體水平布置且各種有源環(huán)路與無源環(huán)路位置相同的情況下，當(dāng)分別使ROW邊緣處和遠(yuǎn)離輸電線路的磁場最小時，y0=1m處的磁場強(qiáng)度削減度的分布曲線。其數(shù)值計算結(jié)果如表10-10所示。

圖10-39線路導(dǎo)體水平布置且各種有源環(huán)路與無源環(huán)路位置相同時磁場強(qiáng)度削減度的分布(x0=25m)圖10-40線路導(dǎo)體水平布置且各種有源環(huán)路與無源環(huán)路位置相同時磁場強(qiáng)度削減度的分布(x0→∞)從圖10-39和圖10-40中可看出，所有位置的有源屏蔽環(huán)路都能使ROW邊緣處及其遠(yuǎn)方區(qū)域內(nèi)的磁場強(qiáng)度有顯著的削減。從表10-10中可以看出，環(huán)路A和B的輸入功率遠(yuǎn)比其他環(huán)路的小。因此，環(huán)路C、D和E不適合用作有源屏蔽環(huán)路。對比圖10-39和圖10-40可以看出：總體說來，采用使遠(yuǎn)離輸電線路的磁場達(dá)最小的注入電流方案時磁場強(qiáng)度的削減度大于采用使ROW邊緣處的磁場削減度最大的注入電流方案。

通過分析得出兩種優(yōu)化方案：(1)當(dāng)使ROW邊緣處的磁場削減度最大時采用有源屏蔽環(huán)路B。(2)當(dāng)使遠(yuǎn)離輸電線路的磁場達(dá)最小時采用有源屏蔽環(huán)路A。方案(1)需要的輸入功率小且使ROW邊緣處及其遠(yuǎn)方區(qū)域內(nèi)的磁場削減度達(dá)60%及以上。方案(2)需要的輸入功率小且使ROW邊緣處及其遠(yuǎn)方區(qū)域內(nèi)的磁場削減度達(dá)80%及以上。

(八)有源屏蔽環(huán)路和無源屏蔽環(huán)路的比較在ROW邊緣處，有源屏蔽環(huán)路A和B的磁場強(qiáng)度削減度比相同位置的無容性補償時的無源環(huán)路凈增50%左右，但它們的運行可靠性和環(huán)路結(jié)構(gòu)的牢固性相對較差，建設(shè)費用較高。

第四節(jié)工頻電磁場的生物效應(yīng)問題

一、工頻電場的生態(tài)效應(yīng)問題

(一)工頻電場的安全標(biāo)準(zhǔn)限值

研究認(rèn)為:生活在惡劣電磁環(huán)境中的人們，其健康會受到不同程度的損害，但損害的程度與電場的頻率、強(qiáng)度、人體接觸電場時間的長短以及個人身體素質(zhì)等因素有關(guān)。國際非離子輻射防護(hù)協(xié)會(ICNIRP)導(dǎo)則及其它國際權(quán)威組織或先進(jìn)工業(yè)國家對環(huán)境工頻電場作了一定的限制。

1998年我國國家環(huán)保局發(fā)布了環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T24-1998《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術(shù)規(guī)范》。該規(guī)范推薦了500kV等級的變電站輸電線路設(shè)計的工頻電場限值。詳見表10-12。表10-12我國500kV變電站及輸電線路工頻電場限值

區(qū)域場強(qiáng)限值(kV/m)輸電線路跨越農(nóng)田9.5跨越公路7跨越或鄰近民房4變電站配電裝置區(qū)10運行人員操作區(qū)8配電裝置圍墻處5(二)工頻電場的生態(tài)效應(yīng)

(1)長期效應(yīng)長期效應(yīng)是從生物學(xué)和病理學(xué)的角度來研究人或動物甚至植物長期經(jīng)常性的在高場強(qiáng)區(qū)的反映，如白細(xì)胞增加等。

研究表明:動物在40kV/m工頻電場中時，其行為表現(xiàn)、血象、生化指標(biāo)、臟器病理變化等未發(fā)現(xiàn)不良影響。我國第一條500kV平武線線路走廊中的實測場強(qiáng)值約為4.5～5.5kV/m，夏季6kV/m，比設(shè)計允許值低30％。該線路自1981年投運以來，有過對沿線居民健康帶來影響的來信和反映，但通過查詢，至今未發(fā)現(xiàn)居民身體健康傷害的事例。

對500kV線路變電站的工作人員作了8年的健康狀況跟蹤和工頻電場對小學(xué)生智力影響的測定，結(jié)論是沒有影響。在2000年5月衛(wèi)生部組織的座談會上，這些工作引起了WHO官員的極大興趣。德國、美國、法國和瑞典等國病理學(xué)調(diào)查也表明，長期從事輸電線路帶電作業(yè)，或居住在超高壓線路附近人員，電場并未引起特別的健康狀況差異和變化。(2)暫態(tài)電擊效應(yīng)

暫態(tài)電擊效應(yīng)是指人體接觸金屬物時，在接觸瞬間出現(xiàn)一小火花，同時在接觸點會出現(xiàn)刺痛感。這種現(xiàn)象常發(fā)生在輸電線下人接觸汽車、晾曬衣服的鐵絲、雨傘等金屬物體的時候。

人們對“火花放電”的反應(yīng)取決于開路電壓及金屬體對地電容，除與接觸金屬體的面積、部位等情況有差別外，還與每個人的心理因素及生理特點有關(guān)。由于對暫態(tài)電擊的反應(yīng)屬主觀評價，較難找到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。武漢高壓研究所進(jìn)行的觸摸尖頂金屬傘桿的感受試驗結(jié)果見表10-13。一般認(rèn)為在3kV/m場強(qiáng)下暫態(tài)電擊是可以接受的。

表10-13尖頂傘感受試驗結(jié)果(%)電場強(qiáng)度(kV/m)359感受程度無感受有感但不擔(dān)心有輕微刺痛感有煩惱刺痛感46540017083040096近30多年來，國際上關(guān)于工頻電磁場的生物效應(yīng)研究非常熱烈，研究方法主要是基于流行病學(xué)、動物實驗和暴露量統(tǒng)計分析，所得出的結(jié)論存在很大的非一致性。由于缺乏對工頻電磁場如何影響人體健康的根本機(jī)理的明確認(rèn)識，因此至今仍未得出關(guān)于該論題的確定性結(jié)論。二、工頻磁場生物效應(yīng)問題

(一)工頻磁場生物效應(yīng)，暴露量及其不確定性

60年代，通過對電力系統(tǒng)工作人員調(diào)查，發(fā)現(xiàn)他們中失眠、頭痛和呼吸道疾病比普通人群高，從而率先提出了工頻電磁場健康影響的課題，并暗示電力設(shè)備附近高壓電場會對人體健康構(gòu)成一定的威脅。盡管這一論斷在當(dāng)時沒有進(jìn)一步被證實，但已足以引起全球?qū)υ撜n題的重視。在考察某一有害物質(zhì)的流行病學(xué)影響時，首先應(yīng)該了解患者受該物質(zhì)影響的程度，我們習(xí)慣稱之為暴露量。同樣，在調(diào)查工頻磁場的流行病學(xué)影響時，首先應(yīng)該清楚研究對象的工頻磁場暴露量，但這往往非常困難。

首先，對象的工頻磁場暴露歷史無法從人體組織中獲得任何信息，只能采取詢問的方式，但詢問對象不可能清楚自己以前的工頻磁場暴露歷史，因為磁場既看不見也摸不著，只能靠以前的工作、生活環(huán)境參數(shù)作為替代量。

其次，環(huán)境磁場在不斷地改變，同一個工作空間中，磁場分布極不均勻，即使是同一觀察點，磁場因電力負(fù)荷改變也在不斷改變。同時，人又在不斷地移動。更關(guān)鍵的是，我們至今還不知道究竟是電磁場的什么特性直接構(gòu)成對人體的危害。因此，隨意選擇評估量是不科學(xué)的，這一切的不確定性給工頻磁場的流行病學(xué)研究帶來很大困難。

(二)工頻磁場生物效應(yīng)機(jī)理的假設(shè)

(1)感應(yīng)電流

交變磁場在人體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，它可能會妨礙人體細(xì)胞的一些正常機(jī)能。但由于人體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，其中良導(dǎo)電體和不良導(dǎo)電體縱橫交錯，所以精確計算非常困難，而精確測量也不易實現(xiàn)。初步計算表明：當(dāng)人體處于1μT的工頻磁場中時，最大的感應(yīng)電流為24.1μA／m2。這個電流非常小，和人體器官中自然生物電流相比，前者約為后者的1％，和能夠使肌體組織產(chǎn)生反應(yīng)的外部刺激電流相比，也非常小。因此有些科學(xué)家認(rèn)為如此小的感應(yīng)電流應(yīng)該被比它大得多的背景電流所掩蓋，不可能產(chǎn)生生物效應(yīng)。

(2)瞬變效應(yīng)作為對感應(yīng)電流假設(shè)的補充，人們發(fā)現(xiàn)，突變磁場在人體中產(chǎn)生的感應(yīng)電流有可能超過自然生物電流，從而產(chǎn)生生物效應(yīng)。實驗表明，突變磁場比緩變磁場更能有效阻止老鼠中松果腺的黑素細(xì)胞分秘。(3)共振效應(yīng)

美國AbrahamLiboff將回旋加速器原理應(yīng)用于生物組織，認(rèn)為60Hz磁場和地球穩(wěn)態(tài)場相作用能夠加速穿越細(xì)胞膜的離子(如鈣離子)的運動，但也有人對此表示疑問。

(4)直接磁場效應(yīng)人們發(fā)現(xiàn)，有些細(xì)菌、鳥、蜜蜂、魚等動物體中有一個很小的礦物質(zhì)(很象磁鐵)，它能夠感知周圍磁場的存在。美國Califonia工學(xué)院的JosephKirschvink對此作了長期的研究，發(fā)現(xiàn)蜜蜂能識別0.3μT的穩(wěn)態(tài)場。但人體中是否存在這樣的磁鐵，它能否感應(yīng)我們生活周圍的弱磁場?還不得而知，有待探討。

(三)學(xué)術(shù)界關(guān)于工頻磁場流行病學(xué)研究的爭論(1)工頻磁場和兒童癌癥

1979年Wertheimer-Leeper的一篇關(guān)于工頻磁場和兒童癌癥的研究報告基于在丹佛對兒童癌癥的一項流行病學(xué)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)一個比較特別的現(xiàn)象:這些得癌癥兒童的生活環(huán)境，普遍靠近電力變壓器或輸電線路。

由此，他們首次提出以工頻磁場為兒童癌癥的研究對象，并提出電力輸電線是工頻電磁場的重要來源，認(rèn)為工頻磁場環(huán)境可能使兒童由于癌癥而導(dǎo)致死亡的可能性提高2～3倍。在這項研究中，他們采用磁場評估法，即根據(jù)和電力設(shè)施的距離衡量工頻磁場的暴露程度。

其后，有研究者對兒童癌癥，尤其是兒童白血病和工頻磁場之間的關(guān)系作了進(jìn)一步調(diào)查研究后得出了類似的結(jié)論。在研究中，當(dāng)環(huán)境磁場采用Wertheimer-Leeper的磁場評估法或Feychting—Alhbom的計算機(jī)模型法時，均得出生活在電力輸電線附近的高磁場暴露兒童得癌癥的危險性比普通兒童(低磁場暴露)大2～3倍的結(jié)論。而采用點測量法和全天跟蹤法時，未能得出相類似的結(jié)論。無論是基于磁場的何種測量法，均未發(fā)現(xiàn)磁場和白血病之間存在有統(tǒng)計意義的聯(lián)系。

另外，研究認(rèn)為，工頻電場和兒童癌癥之間不存在任何聯(lián)系。Wertheimer-Le