220kv及110kv變電站及地下電纜線電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)與分析

220kv及110kv變電站及地下電纜線電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)與分析

1變電站工程電磁環(huán)境影響該能源輸變電項(xiàng)目是為滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高對(duì)能源的需求而設(shè)計(jì)的。輸變電工程的環(huán)境影響,一般包括對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響、水土流失的影響、線路走廊的土地占用、選線選址與相關(guān)規(guī)劃的符合性和相容性,電磁環(huán)境影響,甚至景觀影響。但是當(dāng)輸變電工程投入運(yùn)行后其電磁環(huán)境成為主要的環(huán)境影響問(wèn)題。輸變電工程電磁環(huán)境影響因子為工頻電場(chǎng)、工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度、無(wú)線電干擾、噪聲等。本文通過(guò)對(duì)220kV輸變電工程、110kV輸變電工程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),分析了上述兩種不同電壓等級(jí)的輸變電工程在各自實(shí)際運(yùn)行中的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度及工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度的距離變化情況,對(duì)人們認(rèn)知輸變電工程設(shè)施影響與水平有十分重要的意義。2工頻磁場(chǎng)的概念工頻是指交流電的工作頻率,單位Hz,在我國(guó),工頻頻率為50Hz,其波長(zhǎng)為6000km。工頻電場(chǎng)是一種隨50Hz頻率交替變化的準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)。這些場(chǎng)是由電荷產(chǎn)生的,當(dāng)高壓裝置帶電時(shí),電荷分布在其表面,在導(dǎo)體周圍的空間存在著一種物質(zhì),對(duì)放在其中的任何電荷表現(xiàn)為力的作用,這種特殊物質(zhì)叫做電場(chǎng)。電場(chǎng)中各點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向的物理量叫做電場(chǎng)強(qiáng)度,單位為V/m。工頻磁場(chǎng)也是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng),這種準(zhǔn)靜態(tài)性質(zhì)允許把電場(chǎng)及磁場(chǎng)分別進(jìn)行討論,而不會(huì)互相影響。輸變電設(shè)施的工頻磁場(chǎng)僅由電流產(chǎn)生。電流隨用電負(fù)荷的變化而變化,從而工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度也隨之變化,電流通過(guò)導(dǎo)體,則導(dǎo)體周圍就存在磁場(chǎng),其單位為T。3地下式變電站輸變電設(shè)施包括變電站和輸電線路。變電站是電力輸送環(huán)節(jié)當(dāng)中變換電壓的設(shè)施,站內(nèi)的設(shè)備總體上可以分為兩部分:主變壓器和進(jìn)出線及電氣設(shè)備。變電站布置方式分為4類:第一類戶外式,主變壓器和進(jìn)出線裝置均位于室外;第二類半戶內(nèi)式,主變壓器位于室內(nèi),其余設(shè)備全部置于室內(nèi);第三類戶內(nèi)式,將主變、進(jìn)出線裝置全部置于建筑物室內(nèi);第四類地下式,即將主變、進(jìn)出線裝置全部置于地下,實(shí)際是戶內(nèi)式變電站的一種。變電站運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)和無(wú)線電干擾。工頻電、磁場(chǎng)屬感應(yīng)場(chǎng),頻率極低,傳播性能很差,因而會(huì)隨著距離的增加而迅速減小。變電站對(duì)周圍電磁環(huán)境的貢獻(xiàn)主要取決于3個(gè)因素:一是電壓等級(jí)大小;二是變電站進(jìn)出線設(shè)備的形式;三是整個(gè)變電站的布置方式。高壓輸電線是連接變電站之間的有一定電壓等級(jí)的金屬線,包括架空電線和地下電纜線。輸電線路運(yùn)行時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)和無(wú)線電干擾。對(duì)于架空輸電線路,決定其對(duì)電磁環(huán)境貢獻(xiàn)的主要因素有:電壓等級(jí)、導(dǎo)線回?cái)?shù)、導(dǎo)線排列方式、導(dǎo)線大小(包括線徑和分裂導(dǎo)線數(shù)量、分裂間距)、對(duì)地高度等。4能量能量的選取用“電磁輻射”描述輸變電設(shè)施產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)、磁場(chǎng)不確切概念,經(jīng)常在社會(huì)上傳播增加了公眾的誤解與擔(dān)憂。輸變電設(shè)施產(chǎn)生的是工頻電場(chǎng)和工頻磁場(chǎng)。電磁輻射的概念是指電磁能量從輻射源發(fā)射到空間,在電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間以波阻抗聯(lián)系交變?cè)诳臻g以電磁波的形式傳播的能量流現(xiàn)象,電磁輻射能量的大小與波源的頻率有關(guān),頻率越高,即波長(zhǎng)越短,越容易產(chǎn)生電磁輻射并形成電磁波。在臨近輸電線路或電力設(shè)施的周圍環(huán)境中產(chǎn)生工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng),它們屬于低頻感應(yīng)場(chǎng)。其波長(zhǎng)達(dá)6000km,按照天線理論,要想成為有效的輻射源,其天線必須具有與波長(zhǎng)可比的長(zhǎng)度。相對(duì)于如此長(zhǎng)的“波”而言,輸電線路本身的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以構(gòu)成有效的“發(fā)射天線”,從而不能形成有效的輻射。5稱重裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)分析5.1工頻電路設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)110kV、220kV變電站,包括了戶內(nèi)式和戶外式布置方式的多個(gè)變電站進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。將調(diào)查數(shù)據(jù)繪制曲線如下,各圖中每條不同顏色的曲線都代表了一個(gè)變電站測(cè)值隨距離變化的趨勢(shì)。詳見圖1~圖8,表1~表6。220kV戶外式變電站工頻電場(chǎng)強(qiáng)度以圍墻為起點(diǎn),30m內(nèi)處于10-1kV/m數(shù)量級(jí);工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度30m內(nèi)處于10-4mT數(shù)量級(jí)。110kV戶外式變電站工頻電場(chǎng)強(qiáng)度以圍墻為起點(diǎn),50m內(nèi)處于10-2kV/m數(shù)量級(jí),最大8.5×10-2kV/m,隨著距離增加而減小;工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度50m內(nèi)處于10-4mT至10-5mT數(shù)量級(jí),隨著距離增加而減小。220kV戶內(nèi)式變電站外的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度隨距離的整體變化很小,2~6m范圍內(nèi)0.003~0.007kV/m,從8m開始均為0.003kV/m。工頻磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度仍處于10-4mT數(shù)量級(jí)甚至更低的10-5mT數(shù)量級(jí),總體較小,從數(shù)據(jù)曲線上看是隨距離的增大而逐漸減小的規(guī)律。110kV室內(nèi)變電站外的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度均為0.003kV/m;工頻磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度處于10-4mT數(shù)量級(jí)甚至更低的10-5mT數(shù)量級(jí),總體較小,從數(shù)據(jù)曲線上看是隨距離的增大而逐漸減小的規(guī)律。5.2線路工頻水分分析監(jiān)測(cè)選取了110kV、220kV輸電線路,包括了架空線路和地下電纜的多條線路進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。將調(diào)查數(shù)據(jù)繪制曲線如下,各圖中每條不同顏色的曲線都代表了一條線路測(cè)值隨距離變化的趨勢(shì)。詳見圖9~圖14,表7~表12。可以看出,架空線路導(dǎo)線裸露,并有桿塔支撐于空中,將感應(yīng)產(chǎn)生較大的工頻電磁場(chǎng)。調(diào)查區(qū)內(nèi)110kV電壓等級(jí)以上的架空高壓線路均留有電力走廊,邊導(dǎo)線外5m無(wú)居民點(diǎn)。邊導(dǎo)線5m外,工頻電場(chǎng)強(qiáng)度降至2kV/m以下,工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度2×10-3mT以下,均低于相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。且城區(qū)電力走廊一般留有充足的距離,形成綠化帶,通常綠化帶外居民位置距離線路邊導(dǎo)線更遠(yuǎn)。電纜線路產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)測(cè)值絕大多數(shù)為0.003kV/m;各電纜線路產(chǎn)生的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)值隨距離變化的明顯趨勢(shì):在0~10m這個(gè)距離區(qū)間中,工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度衰減速度非常快,在10m之后的區(qū)間衰減才趨于平緩。5m以外工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度可降至10-4mT數(shù)量級(jí),20m以外降至10-5mT數(shù)量級(jí)。6工頻電和磁場(chǎng)將上述電力設(shè)施的實(shí)測(cè)值一般環(huán)境中工頻電、磁場(chǎng)實(shí)測(cè)值相比較。變電站:220kV或以下等級(jí)的戶外式布置變電站的主變、帶電裝置裸露于戶外,變電站運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的工頻電、磁場(chǎng)受屏蔽、遮擋小,對(duì)臨近區(qū)域的貢獻(xiàn)較為明顯,但其最大工頻電場(chǎng)測(cè)值一般僅為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)十分之一,工頻磁場(chǎng)測(cè)值則僅為數(shù)百分之一;從測(cè)值變化規(guī)律來(lái)看,工頻電、磁場(chǎng)隨距離增大衰減迅速,一般距離設(shè)施20m以上即降至與一般環(huán)境中的測(cè)值相當(dāng);戶內(nèi)變電站的電設(shè)備均處于墻體內(nèi),其產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)被墻體屏蔽,變電站外測(cè)值很小,以圍墻為界,工頻電場(chǎng)測(cè)值一般與一般環(huán)境中的測(cè)值相當(dāng),工頻磁場(chǎng)受到的屏蔽不明顯,測(cè)值變化趨勢(shì)與室外變電站測(cè)值類似?？傮w來(lái)看,戶外站和戶內(nèi)站的貢獻(xiàn)范圍都較小。輸電線路:110kV、220kV架空輸電線路導(dǎo)線裸露,線路運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的工頻電、磁場(chǎng)受屏蔽、遮擋小,對(duì)臨近區(qū)域的貢獻(xiàn)較為明顯,但邊導(dǎo)線5m外,工頻電場(chǎng)強(qiáng)度降至2kV/m以下,工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度2×10-3mT以下,均低于相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。從測(cè)值變化規(guī)律來(lái)看,工頻電、磁場(chǎng)隨距離增大衰減迅速,一般距離設(shè)施30m以上即降至與一般環(huán)境中的測(cè)值相當(dāng);地下電纜埋于地下,其產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)受線路自身絕緣層、地面等屏蔽,工頻電場(chǎng)測(cè)值很小,即便位于線路正上方,測(cè)值也與一般環(huán)境中的測(cè)值相當(dāng);線路產(chǎn)生的工頻磁場(chǎng)受到的屏蔽不明顯,測(cè)值變化趨勢(shì)與架空線路測(cè)值類似。測(cè)值不難看出,輸電線路的貢獻(xiàn)范圍也非常有限,地下電纜比架空線路貢獻(xiàn)范圍更小。7結(jié)論和建議7.1變壓器輻射水平的測(cè)度根據(jù)《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》HJ/T24-1998中推薦的相關(guān)限值,結(jié)合實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看出,輸變電設(shè)施的輻射