佟 瑤,紀(jì)偉光,殷曉紅,劉 旸
(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱150030;2.華電青島發(fā)電有限公司,山東青島266033;3.哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所有限公司,哈爾濱150046)
高壓輸電線路的電磁輻射及其防治措施已成為近年來電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。運(yùn)行中的高壓輸電線路的電暈放電和火花放電必然產(chǎn)生工頻電磁場(chǎng),一旦超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)限值時(shí),便有可能造成電磁污染。因此,本文以具有代表性的220 kV和110 kV單、雙回輸電線路為例,介紹黑龍江省電力科學(xué)研究院對(duì)本省電網(wǎng)輸電線路工頻電磁場(chǎng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析,探討分布規(guī)律以及影響輸電線路工頻電磁場(chǎng)的因素及控制措施。
德國(guó)EFA300型低頻電磁場(chǎng)分析儀,頻率監(jiān)測(cè)范圍為5~32 kHz,具有三維各向同性測(cè)量探頭(無方向性)、0.1~200 kV/m大動(dòng)態(tài)電場(chǎng)測(cè)量范圍和1 nT~20 mT大動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)測(cè)量范圍。
1)電磁場(chǎng)分析儀及其絕緣支撐物應(yīng)保持干燥、清潔狀態(tài),以減少測(cè)量誤差。
2)測(cè)量時(shí)測(cè)試人員距離儀器5 m,同時(shí)作業(yè)人員距儀器5 m處,盡量減小人體對(duì)所測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度的影響。
3)測(cè)量時(shí)關(guān)閉或不使用輻射電磁場(chǎng)的便捷式設(shè)備(如移動(dòng)電話等),以減小對(duì)所測(cè)點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的影響。
4)在標(biāo)準(zhǔn)允許的環(huán)境溫度和濕度下進(jìn)行測(cè)試。
測(cè)量地點(diǎn)應(yīng)該選在地勢(shì)平坦、遠(yuǎn)離樹木,且沒有其他電力、通信及廣播線路的空地上。探頭與永久性物體(包括植物)之間的距離大于探頭最大對(duì)角線的2倍。根據(jù)實(shí)際測(cè)量經(jīng)驗(yàn),當(dāng)測(cè)點(diǎn)無法避及植物時(shí),植物不得超出探頭高度,否則由于植物的遮擋,將影響測(cè)量精度。
在滿足上述條件下,選擇1個(gè)有代表性的檔距,以檔距中央導(dǎo)線弧垂最大處線路中心的地面投影點(diǎn)(即距離中心導(dǎo)線對(duì)地投影點(diǎn)0 m距離處)為測(cè)試原點(diǎn),沿垂直于線路方向進(jìn)行,每隔5 m設(shè)定1個(gè)測(cè)點(diǎn),按順序測(cè)至邊相導(dǎo)線地面投影點(diǎn)外50 m處止。特殊情況下(如:進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)研究或存在敏感點(diǎn)時(shí)),可酌情將測(cè)點(diǎn)間距縮小至0.5~1 m。即測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇在導(dǎo)線檔距中央弧垂最低位置的橫截面上,如圖1所示。
圖1 輸電線路下工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置
單回送電線路以弧垂最低位置中相導(dǎo)線對(duì)地投影點(diǎn)為起點(diǎn),同塔多回送電線路以弧垂最低位置檔距對(duì)應(yīng)兩鐵塔中央連線對(duì)地投影點(diǎn)為起點(diǎn),測(cè)量點(diǎn)均勻分布在邊相導(dǎo)線兩側(cè)的橫截面方向上。
以送電線路走廊兩側(cè)30m帶狀區(qū)域范圍內(nèi)為工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)的評(píng)價(jià)范圍。
按HJ/T 24-1998《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》的規(guī)定,以4 kV/m作為居民區(qū)工頻電場(chǎng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),以0.1 mT作為公眾全天輻射的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
按照上述測(cè)量條件中的要求進(jìn)行,每個(gè)測(cè)量點(diǎn)連續(xù)測(cè)量5次,每次測(cè)量時(shí)間不少于1 s,并讀取穩(wěn)定狀態(tài)最大值。若測(cè)量讀數(shù)起伏較大,則每1 min讀一個(gè)數(shù),取5 min的平均值為測(cè)量讀數(shù)。
具有代表性的不同電壓等級(jí)的輸電線路及其相關(guān)參數(shù)和監(jiān)測(cè)時(shí)的氣象條件如表1所示。
表1 代表性輸電線路主要設(shè)計(jì)參數(shù)及監(jiān)測(cè)氣象條件
對(duì)牡亞線、亞尚線、牡海甲乙線、溫海甲乙線4條220 kV最大弧垂不同的雙回輸電線路,測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度,結(jié)果分別如圖1、圖2所示。
圖1 220 kV雙回輸電線路工頻電場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果
圖2 220 kV雙回輸電線路工頻磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果
由圖1、圖2可知,4條輸電線路的電場(chǎng)強(qiáng)度均低于4 kV/m,磁感應(yīng)強(qiáng)度均低于0.1 mT。隨著測(cè)點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對(duì)地投影點(diǎn)距離的增加,4條輸電線路電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度變化呈現(xiàn)出相似的規(guī)律:隨著測(cè)點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對(duì)地投影點(diǎn)距離的增加而逐漸減小,且在0~20 m范圍顯著減小,當(dāng)測(cè)點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對(duì)地投影點(diǎn)距離大于20 m時(shí),減小程度逐漸緩慢。這個(gè)規(guī)律與文獻(xiàn)中報(bào)道的內(nèi)容相似[3],其中牡亞線和亞尚線弧垂高度分別為12 m和11.9 m,牡海甲乙線和溫海甲乙線弧垂高度均為13 m?;〈垢叨认嗨频膬蓷l線路,其電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度相差不大,而弧垂高度較高的牡亞線和亞尚線的電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果明顯小于弧垂高度較低的牡海甲乙線和溫海甲乙線。上述結(jié)果表明,導(dǎo)線對(duì)地高度對(duì)輸電線路工頻電磁場(chǎng)具有一定的影響,增加導(dǎo)線對(duì)地高度能夠有效降低輸電線路的工頻電磁場(chǎng)。
對(duì)鶴聯(lián)乙線和鶴東乙線2條220 kV最大弧垂不同的單回輸電線路,測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度,結(jié)果如圖3、圖4所示。
圖3 220 kV單回輸電線路工頻電場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果
圖4 220 kV單回輸電線路工頻磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果
從圖3、圖4可以看到,2條輸電線路的電場(chǎng)強(qiáng)度均低于2 kV/m,磁感應(yīng)強(qiáng)度均低于0.5 μT,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)限值。鶴聯(lián)乙線(最大弧垂為25 m)的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于鶴東乙線(最大弧垂為14.3 m),隨著測(cè)點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對(duì)地投影點(diǎn)距離的從0 m增加至10 m,鶴聯(lián)乙線電場(chǎng)強(qiáng)度變化不大,均維持在700 V/m,當(dāng)該距離大于10 m時(shí),電場(chǎng)強(qiáng)度略有減小。2條線路磁感應(yīng)強(qiáng)度均隨測(cè)點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對(duì)地投影點(diǎn)距離的增加逐漸衰減,當(dāng)該距離大于15 m時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度衰減程度較小。
對(duì)北烏甲線、電廠甲線、新湯線、新熱線4條110 kV最大弧垂不同的雙回輸電線路,測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度,其結(jié)果如圖5、圖6所示。
圖5 110 kV雙回輸電線路工頻電場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果
圖6 110 kV雙回輸電線路工頻磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果
對(duì)比圖5、圖6結(jié)果可以看到,4條輸電線路的電場(chǎng)強(qiáng)度均低于4 kV/m,磁感應(yīng)強(qiáng)度均低于0.1 mT。隨著測(cè)點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對(duì)地投影點(diǎn)距離的增加,4條110 kV輸電線路電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度變化規(guī)律同220 kV雙回輸電線路相似?;〈垢叨认嗨频膬蓷l線路,其電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度相差不大,說明電壓等級(jí)不同的輸電線路,電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度衰減規(guī)律相似,且線路弧高是影響電磁場(chǎng)的主要因素之一。
上述分析結(jié)果表明:220 kV和110 kV輸電線路工頻電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求,電場(chǎng)強(qiáng)度均小于4 kV/m,磁感應(yīng)強(qiáng)度均低于0.1 mT;220 kV與110 kV兩種不同電壓等級(jí)輸電線路工頻電磁場(chǎng)衰減特性基本一致,均隨測(cè)點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對(duì)地投影點(diǎn)距離的增加而逐漸減小,說明輸電線路的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度與輸電線路導(dǎo)線高度密切相關(guān)[4-5]。
3.1.1 導(dǎo)線對(duì)地高度的影響
上述監(jiān)測(cè)結(jié)果證明了工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度隨輸電線路對(duì)地高度的增加而減小,隨測(cè)點(diǎn)距離中心導(dǎo)線對(duì)地投影點(diǎn)距離的增加也減少,說明導(dǎo)線對(duì)地高度和距離中心導(dǎo)線的距離均為影響輸電線路工頻電磁場(chǎng)的主要因素。此外,據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,輸電線路的不同導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、布置形式等方面也會(huì)對(duì)工頻電場(chǎng)磁場(chǎng)產(chǎn)生影響[6],但導(dǎo)線對(duì)地高度對(duì)地面場(chǎng)強(qiáng)的影響最大,通過抬高相導(dǎo)線架設(shè)高度來控制地面場(chǎng)強(qiáng)的效果最為明顯[7]。
3.1.2 導(dǎo)線布置方式的影響
當(dāng)導(dǎo)線由水平排列改為三角形排列時(shí),場(chǎng)強(qiáng)最大值以及高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)的范圍均有所減小。三相正三角布置時(shí),地面工頻電場(chǎng)強(qiáng)度最大值最小;但是正三角布置時(shí)地面工頻電場(chǎng)強(qiáng)度所覆蓋的高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)域大于倒三角排列時(shí)的情況,因此倒三角排列效果最好[8]。
3.1.3 導(dǎo)線參數(shù)的影響
在計(jì)算工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí),等效半徑不作考慮,只對(duì)導(dǎo)線實(shí)際空間位置進(jìn)行考慮,故導(dǎo)線參數(shù)變化不會(huì)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。而計(jì)算工頻電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí),則應(yīng)用等效電荷法,這時(shí)導(dǎo)線等效半徑對(duì)于導(dǎo)線線下場(chǎng)強(qiáng)的影響起著主要作用,且隨著分裂半徑、分裂根數(shù)、導(dǎo)線半徑的增大,工頻電場(chǎng)強(qiáng)度亦隨之增大。
3.1.4 相間距離
相間距離指的是相間的垂直距離和水平距離,相間距離減小可以使工頻電場(chǎng)強(qiáng)度降低,但其效果不如加大導(dǎo)線對(duì)地高度明顯。
3.1.5 導(dǎo)線相序
就同塔雙回和多回線路來看,相序排列的形式對(duì)工頻電磁場(chǎng)有著較大的影響。通過對(duì)相序排列的模擬,即同序列和逆序列兩種形式進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果顯示,不同的相序排列形式對(duì)工頻電磁場(chǎng)亦有不同的影響,且相比于同相序排列,逆相序排列的影響較小。
盡管上述的監(jiān)測(cè)結(jié)果均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值,但為進(jìn)一步減少輸電線路對(duì)環(huán)境和公眾健康的電磁輻射影響,輸電線路的建設(shè)應(yīng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),在工程設(shè)計(jì)和建設(shè)運(yùn)行過程中,采取行之有效的控制措施,以保護(hù)環(huán)境和公眾身體健康。
1)線路路徑盡可能避開沿途村鎮(zhèn)、學(xué)校,盡量避免或減少線路跨越民房的情況。經(jīng)過居民區(qū)的路段應(yīng)在設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上適當(dāng)提高架設(shè)高度,使線路走廊附近環(huán)境(包括建筑物)工頻電磁場(chǎng)處于合理的水平[8]。
2)工作人員在進(jìn)行線路巡查等工作時(shí)應(yīng)注意個(gè)人防護(hù),配備防護(hù)用具,如防護(hù)服、專用護(hù)目鏡等,應(yīng)盡可能減少作業(yè)時(shí)間和非作業(yè)停留時(shí)間。
3)輸電線路在設(shè)計(jì)過程中,通過選擇合理的導(dǎo)線間距和布置方式,減小導(dǎo)線等效半徑,優(yōu)化相序排列等方式對(duì)輸電線路工頻電磁場(chǎng)進(jìn)行控制,經(jīng)過居民區(qū)的線路應(yīng)在設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上應(yīng)適當(dāng)提高導(dǎo)線架設(shè)高度。
4)要定期監(jiān)測(cè)運(yùn)行中的輸電線路,如發(fā)現(xiàn)有電磁輻射超標(biāo)情況,應(yīng)積極采取有效措施進(jìn)行技術(shù)更新和改造,并懸掛標(biāo)識(shí)牌,提醒作業(yè)人員注意。
通過分析不同電壓等級(jí)輸電線路工頻電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果,了解輸電線路工頻電磁場(chǎng)水平,掌握了不同電壓等級(jí)輸電線路工頻電磁場(chǎng)衰減規(guī)律,并針對(duì)輸電線路工頻電磁場(chǎng)的影響因素,根據(jù)環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求,提出了輸電線路工頻電磁場(chǎng)的有效控制措施,既保證了電力行業(yè)健康有序地發(fā)展,又保護(hù)了環(huán)境。
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