高世剛，姜梅，李煒，楊潔，張鵬，李小娟

(國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州730050)

蘭州市區(qū)地下電力電纜對環(huán)境的電磁影響分析

高世剛，姜梅，李煒，楊潔，張鵬，李小娟

(國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州730050)

在參照架空輸電線路電磁環(huán)境特性及其影響因子的基礎(chǔ)上，分析預(yù)測了地下電力電纜對電磁環(huán)境的影響，識別和篩選了地下電力電纜的環(huán)境影響因子，并對蘭州市區(qū)三條典型地下電力電纜的電磁環(huán)境進行實測，驗證其對環(huán)境的影響，分析電纜在地下及地面上磁場衰減規(guī)律，最后得出其周圍會產(chǎn)生一定的工頻磁場，但遠小于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的公眾暴露限值，同時，也不會對所提出的敏感對象產(chǎn)生干擾。

電力電纜;環(huán)境影響;工頻電磁場;衰減

0 引言

隨著我國城市規(guī)模的不斷擴大和用電負荷的急速增長，土地資源日趨緊張，電力電纜線路開始在一些中心城區(qū)大量使用，城市架空線入地是大勢所趨。在電力電纜大量敷設(shè)的同時，其對周邊環(huán)境的影響也越來越受到人們的普遍關(guān)注。特別是電磁環(huán)境影響問題，引起了廣大市民的憂慮和擔(dān)心，主要擔(dān)心地下電纜所產(chǎn)生的工頻電磁場可能會超過國家限定的標(biāo)準(zhǔn)，對生活環(huán)境造成危害。因此，出現(xiàn)了多起對地下電纜建設(shè)與改造工程的阻撓、抵制和投訴事件，嚴(yán)重影響了城市電網(wǎng)的建設(shè)進程。究其原因，最根本在于居民對地下電纜所產(chǎn)生的工頻電磁場大小缺乏準(zhǔn)確的量值概念。

蘭州市區(qū)現(xiàn)有多條110kV電力電纜投運，未來還將建設(shè)330kV電纜輸電線路，文中針對蘭州市區(qū)現(xiàn)有110kV地下電纜電磁環(huán)境現(xiàn)狀對其影響進行分析，可對今后330kV電壓等級地下電纜的設(shè)計、施工、環(huán)評工作等作出理論指導(dǎo)。

1 地下電纜電磁環(huán)境影響分析

1.1 地下電纜產(chǎn)生的電磁環(huán)境影響預(yù)測

地下電纜可能產(chǎn)生的電磁環(huán)境影響，除應(yīng)考慮高壓架空輸電線路常見的對于電磁場敏感目標(biāo)的影響外，由于其敷設(shè)于城市路面以下，還應(yīng)重點考慮對路面上環(huán)境敏感對象的影響。

1.2 地下電纜電磁環(huán)境影響因子識別及篩選

參照架空高壓線路電磁環(huán)境的影響因子，影響可分為以下幾個方面:工頻電場、工頻磁場、無線電場強干擾和可聽噪聲［1－2］。

(1)工頻電場。電力電纜中的電荷分布在芯線和金屬護套層之間，封閉的屏蔽層和金屬鍇裝層接地，此處可將工頻電場近似為靜電場來處理。由靜電屏蔽原理可知，電纜外部的電場不受電纜內(nèi)部電荷的影響，即電場屏蔽。因此，在電纜的外部，周圍的工頻電場很低。

(2)工頻磁場。電纜中的電流是產(chǎn)生工頻磁場的磁場源。電纜的金屬護套在不接地或一端接地的情況下對工頻磁場沒有屏蔽作用，僅可以使金屬管外的磁場變得均勻;但在兩端接地或構(gòu)成外部回路的情況下對工頻磁場是有屏蔽作用的，屏蔽效果取決于金屬護套的材料、尺寸和閉合回路的阻抗［3］。另外，正常運行且負荷對稱的3相電纜，磁場分量重疊，但由于3相電纜與監(jiān)測點的距離不同，所以3相間磁場不能完全抵消［4］，在電纜的周圍有大小不等的殘存磁場。

(3)無線電干擾及可聽噪聲。由于電纜芯及電纜護套尺寸較大，芯線周圍是高絕緣強度的材料，電纜的表面場強遠小于絕緣的擊穿場強，不存在電暈放電現(xiàn)象，因此正常運行的電力電纜，通常不考慮電纜周圍的無線電干擾問題。電力電纜不存在電暈噪聲，另外，110kV及以上電壓等級電力電纜隧道(溝)深埋于地下，不存在可聽噪聲影響問題。

綜上，工頻磁場是運營期電力電纜電磁環(huán)境影響的唯一因子。

1.3 電力電纜影響評價適用的標(biāo)準(zhǔn)

(1)人體暴露限值標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國適用于醫(yī)院、學(xué)校、居民區(qū)等電磁環(huán)境敏感目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)是環(huán)境保護行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《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》［5］。在國際標(biāo)準(zhǔn)方面，最具權(quán)威的是國際非電離輻射防護協(xié)會(ICNIRP)的暴露限值導(dǎo)則［6］。對比國內(nèi)外各標(biāo)準(zhǔn)［7－11］，要求最嚴(yán)的為我國環(huán)境標(biāo)準(zhǔn):工頻電場限值為4kV/m，工頻磁場限值為100μT。

(2)干擾限值標(biāo)準(zhǔn)。目前，對工頻電場和磁場的干擾限值國內(nèi)尚無標(biāo)準(zhǔn)，唯一可供參考的是國際電工委員會(IEC)電磁兼容系列標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定最敏感的I類設(shè)備環(huán)境工頻磁場抗擾度1.26μT［12］。其他任何設(shè)備在低于1.26μT的工頻磁場下也不會受到干擾，本文以此作為參考依據(jù)。

(3)其他限值要求。對特殊情況下的要求，如攜戴以電磁原理工作的植入式醫(yī)療設(shè)備(心臟起搏器)等人員，我國目前標(biāo)準(zhǔn)中沒有考慮。參照國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，美國的輻射限值標(biāo)準(zhǔn)制定組織給出戴心臟起搏器者的工頻電場暴露限值為1kV/m，工頻磁場暴露限值為100μT［13］。

2 蘭州市區(qū)地下電纜現(xiàn)狀監(jiān)測分析

2.1 測試線路概況

蘭州市區(qū)自20世紀(jì)90年代末至今共投運110kV電力電纜18條。其中，20世紀(jì)90年代至2000年建設(shè)投運的線路較短，多采用電纜溝敷設(shè)，埋深較淺;近10年敷設(shè)的地下電纜考慮到城市、電網(wǎng)規(guī)劃等問題，采用電纜隧道敷設(shè)，埋設(shè)較深。110kV三相供電線路由3根單芯電纜組成，均采用整根電纜，不分段，一端直接接地，另一端通過保護器互聯(lián)接地，銅芯最高可帶127kV交流電壓［14］。

文中選擇典型的110kV西關(guān)什字變電纜隧道出線兩回，隧道長約5.1km;110kV銀灘變電纜隧道出線兩回，隧道長約3.1km;110kV小西湖變電纜溝出線兩回，長約0.8km，進行了電磁環(huán)境現(xiàn)狀的監(jiān)測。如以隧道(溝)中離地最近的一回電纜計，前兩條以電纜隧道敷設(shè)的出線埋深最淺處距地面1.8m，線路大部分埋設(shè)在地下2～4m的深度，出于避讓城市其他地下管網(wǎng)的需要，也有部分長度埋設(shè)在4～6m的，如遇排洪溝、河道等，電纜埋深則會在8m以上。最后一條出線以電纜溝敷設(shè)，電纜埋深為0.5m。以上線路均埋設(shè)在馬路邊的人行道下，道路兩側(cè)分布著居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院、公園及政府機關(guān)、科研單位等涉及公眾的敏感目標(biāo)。

2.2 測量儀器及內(nèi)容

測試采用PMM8053B工頻電磁場儀，測量內(nèi)容為電纜在不同埋深的工頻電磁場強度和典型斷面的場強衰減測試。測試探頭距地面分別為0.5、1.0和1.5m。典型斷面選擇為電纜埋深較淺，周圍環(huán)境干擾因素較少的地段。測試過程中盡量避開存在架空線路影響的區(qū)域。

2.3 測試期間工況

測試期間各線路工況見表1。

表1 測試期間各條線路工況

2.4 監(jiān)測結(jié)果及現(xiàn)狀分析評價

2.4.1 不同埋深下的工頻電場水平

對三條電纜隧道(溝)在不同埋設(shè)深度下共計65個點的電場環(huán)境現(xiàn)狀的監(jiān)測，地面不同高度上工頻磁場現(xiàn)狀監(jiān)測值見表2。

表2 地面不同高度上工頻電場現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果

從表2可知，工頻電場值與電纜埋深及監(jiān)測點高度變化并不相關(guān)，大部分監(jiān)測值與背景值大致相當(dāng)，個別點監(jiān)測值略大于背景值。同一埋深下不同監(jiān)測點的監(jiān)測值差別較大，是由于環(huán)境中的工頻電場值總體較低，在人行道測試環(huán)境中，測試探頭周圍的場易受來往人員、車輛的影響，而形成畸變。

2.4.2 不同埋深下的工頻磁場水平

對于工頻磁場，其本身不易被屏蔽，受周圍環(huán)境因素的干擾小。將110kV西桃開二、三回隧道出線、110kV銀桃開二、三回隧道出線在地面0.5m、 1.0m、1.5m高度上所有工頻磁場現(xiàn)狀監(jiān)測值按電纜不同埋深統(tǒng)計后，如圖1、2所示。

圖1 110kV西桃開隧道電纜不同高度工頻磁場隨埋深變化

從圖1、2可知，工頻磁場場強與埋深及監(jiān)測點高度直接相關(guān)，不同監(jiān)測高度上的工頻磁場強度越靠近地面處越大，與架空線路越靠近地面處越小恰恰相反［15］。兩條電纜隧道工程在一般設(shè)計埋深區(qū)域，工頻磁場強度隨埋深變大而迅速變小。埋深最淺處，工頻磁場強度有最大值:地面0.5m高度上的磁場值大致均為0.13μT，電纜埋深在3～4m處，工頻磁場值迅速降至峰值的一半左右;隨著電纜埋深的繼續(xù)加大，為5～6m時，不同地面高度上的磁場水平已接近環(huán)境背景水平，可以認(rèn)為高壓地下電力電纜對環(huán)境的影響已微乎其微。

2.4.3 工頻磁場隨距離的橫向衰減

為了解電纜周圍的工頻磁場隨距離的橫向衰減情況，選擇電纜埋設(shè)最淺、工頻磁場水平最高的測試點進行地面不同高度的衰減測試。測試結(jié)果見圖3至圖5。

從圖3至圖5可知，110kV電力電纜產(chǎn)生的磁場在地面隨距離的橫向衰減非常迅速。無論是采用電纜溝埋設(shè)還是采用電纜隧道埋設(shè)，在距離地面不同測點高度上，在距電纜3m遠已迅速衰減至峰值的一半，在距6m遠已衰減至背景值，此衰減速度和上文中電纜在不同埋深下得出的縱向衰減速度是相當(dāng)?shù)?，都較一般220kV輸電線路衰減迅速。

圖3 110kV西桃開二、三回隧道電纜周圍磁場隨距離橫向衰減

圖4 110kV銀桃開二、三回隧道電纜周圍磁場隨距離橫向衰減

圖5 110kV小桃開一、三回隧道電纜周圍磁場隨距離橫向衰減

3 結(jié)語

在110kV電力電纜線路正常運行狀態(tài)下，其產(chǎn)生的工頻磁場對周圍環(huán)境影響主要體現(xiàn)在公眾的電磁場暴露及工頻磁場敏感設(shè)備的影響，但其場強水平均遠低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值，對周圍環(huán)境影響是極為有限的。由于線路產(chǎn)生的工頻磁場水平與其通過的電流成正比，對于西北地區(qū)較高電壓等級330kV線路，通常滿負荷電流約為110kV線路的2～3倍，因此在電纜隧道敷設(shè)條件下電纜周圍工頻磁場強度也能完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。但如采用電纜溝方式敷設(shè)，則可能在近距離內(nèi)對Ⅰ類敏感電子設(shè)備環(huán)境產(chǎn)生影響，此時需考慮盡可能避開高壓電纜或在設(shè)計選型時使用液晶顯示器。

［1］濮文青，李志清，余寒，等.輸變電環(huán)境影響評價及竣工環(huán)保驗收相關(guān)要點分析［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(8):5－8.

［2］王冠，陳棟梁，郭弘.輸變電工程的環(huán)境保護［J］.電力科技與環(huán)保，2014，30(3):4－7.

［3］徐霖，傅正財.單電流產(chǎn)生磁場的金屬管屏蔽［J］.高壓電器，2003，39(2):12－15.

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［8］歐盟委員會.Council recommendation of 12 july 1999 on the limitation of exposure of the general public to electromagnetic fields(0～300 GHz)［J］.Official Journal of the European Communities，1999，30(7):59－70.

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Analysis on electromagnetic environmental impact concerning underground power cable of Lanzhou

Firstly，on the basis of referring to the electromagnetic environmental characteristics and impact factors of overhead transmission lines，it predictive analysis on the electromagnetic environment effect of the underground electric power cable，identify and select the main electromagnetic environmental impact factors of the power cable.Secondly，the power frequency electromagnetic fields caused by two typical power cable lines in Lanzhou are tested，which confirm the environment effect of the above analysis and analyze the attenuation pattern of the power frequency magnetic field caused by electric power cable overground and underground.Finally，In conclusion，there is some power frequency magnetic radiation around the cable，but it is very little so that the radiating level is far less than the qualified value of the standards.At the same time，the cable also cannot disturb the electromagnetic sensitive subjects.

electric power cable;environment effect;power frequency electromagnetic field;attenuation

X591

:B

1674－8069(2015)01－008－04

2014-09-18;

:2014-12-07

高世剛(1983-)，男，甘肅蘭州人，工程師，主要從事電磁環(huán)境監(jiān)測、仿真、評價及其他電網(wǎng)環(huán)境保護工作。E－mail:goshegun@163.com

項目:甘肅省電力公司科技項目“高壓地下電纜對環(huán)境的電磁影響分析研究”(5227221350BZ)