國網(wǎng)方城縣供電公司 李 明 魯克曄 王 成 張 穎 徐小艷

工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng)的在變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)中的方法對(duì)比

國網(wǎng)方城縣供電公司 李 明 魯克曄 王 成 張 穎 徐小艷

由于我國人民生產(chǎn)和生活水平的提高，對(duì)電量有了更高的要求。為了滿足日益增長(zhǎng)的用電需求，電力企業(yè)也開始加快變電站的建設(shè)。但是在變電站建設(shè)和應(yīng)用的過程中，也給人們的生活帶來電磁污染，影響到人們的正常生活和身體健康。本文通過比較工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，為變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

工頻電場(chǎng)；工頻磁場(chǎng)；變電站；電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)；對(duì)比

當(dāng)前我國的經(jīng)濟(jì)科技高速發(fā)展，不但促進(jìn)了我國城市化的發(fā)展而且人們對(duì)電力的需求也在不斷擴(kuò)大，原本比較空曠的變電站、高壓線架空線路等區(qū)域逐漸成為了城市中的一部分，使那些本來距離人們很遠(yuǎn)的電力設(shè)備出現(xiàn)在人們周圍[1]。高壓線路以及變電站在為人們提供電能的同時(shí)，其產(chǎn)生的電磁輻射會(huì)對(duì)人們的身體健康產(chǎn)生不良影響，產(chǎn)生隱形的環(huán)境污染問題。當(dāng)前變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)中最為可靠有效的方法就是利用監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)周圍的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，再以實(shí)際的數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)出來。

1.工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng)的基本內(nèi)容概述

1.1 工頻電場(chǎng)定義及特點(diǎn)概述

工頻電場(chǎng)主要是指50-60Hz的電荷隨時(shí)間正弦變化所產(chǎn)生的電場(chǎng)。工頻電場(chǎng)的主要特點(diǎn)表現(xiàn)如下：一，由于是電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，所以幾乎和磁場(chǎng)沒有關(guān)系；二，在整個(gè)變化的過程中磁場(chǎng)幾乎是零；三，可以利用靜電場(chǎng)的方法來具體運(yùn)算；四，波長(zhǎng)一般在6000千米或者是5000千米，不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。

1.2 工頻磁場(chǎng)定義及特點(diǎn)概述

工頻磁場(chǎng)主要指的是50-60Hz的電流隨著時(shí)間正線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。工頻磁場(chǎng)的主要特點(diǎn)是：一，磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的因此和電場(chǎng)無關(guān)；二，在整個(gè)變化過程中電場(chǎng)幾乎為零；三，可以采用恒定磁場(chǎng)的方法來計(jì)算；四，磁力線為圍繞電流的閉合曲線。

1.3 監(jiān)測(cè)工頻電場(chǎng)和工頻磁場(chǎng)的意義

根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，工頻電磁場(chǎng)對(duì)人們的神經(jīng)功能會(huì)產(chǎn)生一定的影響，比如它可能會(huì)導(dǎo)致人體出現(xiàn)植物神經(jīng)功能紊亂現(xiàn)象，繼而人體會(huì)出現(xiàn)疲勞感，影響到他們的睡眠質(zhì)量，嚴(yán)重的話，甚至還可能造成人類記憶力減退，易于發(fā)生憂郁[2]。世界衛(wèi)生組織已經(jīng)對(duì)電磁污染做出了界定，電磁污染對(duì)人們的健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，比如人們經(jīng)常使用的計(jì)算機(jī)、手機(jī)、電磁爐等都會(huì)產(chǎn)生電磁污染。更有相關(guān)專家認(rèn)為電磁輻射已經(jīng)對(duì)人類構(gòu)成了潛在的威脅。

2.變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)中工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法比較

2.1 變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)中工頻電場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法

變電站電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中，使用工頻電場(chǎng)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其測(cè)量原理是：工頻電場(chǎng)的強(qiáng)度是由電位懸浮的探頭進(jìn)行測(cè)量。取樣電阻、電光轉(zhuǎn)化回路、金屬極板等組成了探頭。探頭上的兩塊金屬極板間會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而這種感應(yīng)電壓是由被測(cè)量的工頻電場(chǎng)產(chǎn)生的。感應(yīng)電壓經(jīng)過取樣電阻、電光轉(zhuǎn)換回路等設(shè)施，將電壓變成光信號(hào)。接收機(jī)上最后接收到的電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量數(shù)據(jù)是通過光纖傳播的。工頻電場(chǎng)自身具備如下空間特征：其電場(chǎng)強(qiáng)度是空間矢量，因此電廠強(qiáng)度的方向以及大小都會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生變化，因此在不同位置的電場(chǎng)強(qiáng)度必然不同。

在利用工頻電場(chǎng)方法監(jiān)測(cè)的過程中會(huì)受到一定因素的干擾影響到最后的測(cè)量結(jié)果：比如在測(cè)量的過程中有導(dǎo)電物體或者非導(dǎo)電物體的介入，會(huì)使原本的電場(chǎng)空間分布特征發(fā)生改變，需要測(cè)量的電場(chǎng)強(qiáng)度方向和大小會(huì)發(fā)生改變，介入到電場(chǎng)中的導(dǎo)電物體或者非導(dǎo)電物體表面分布的電場(chǎng)情況也會(huì)發(fā)生改變。

利用工頻電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的正確方法如下：測(cè)量人員自身也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，因此在進(jìn)行測(cè)量的過程相關(guān)人員應(yīng)該遠(yuǎn)離測(cè)量探頭，避免由于自身因素影響測(cè)量電場(chǎng)產(chǎn)生畸變。測(cè)量的過程中，探頭所放的區(qū)域電場(chǎng)分布應(yīng)該比較均勻，探頭形狀無明顯要求，可以是任何一種形狀，但是測(cè)量時(shí)需要校準(zhǔn)。

2.2 變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)中工頻磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法

對(duì)電磁場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，人們?cè)诤芫靡郧熬鸵呀?jīng)開始了。因此磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)有很長(zhǎng)的發(fā)展歷史。當(dāng)前磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用到人們生活中的很多領(lǐng)域。在變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)中，工頻磁場(chǎng)監(jiān)監(jiān)測(cè)方法一般需要遵循相關(guān)的測(cè)量原理：測(cè)量工頻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，通常情況下應(yīng)用電位懸浮探頭，探頭主要是由取樣放大回路、感應(yīng)線圈等相關(guān)設(shè)備組成的。需要測(cè)量的工頻磁場(chǎng)會(huì)在感應(yīng)線圈上產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓再經(jīng)過取樣放大回路出現(xiàn)最后的測(cè)量數(shù)據(jù)。

整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中需要遵循工頻磁場(chǎng)的空間特征，工頻磁場(chǎng)與工頻電場(chǎng)相似，它也是一個(gè)空間矢量。所以工頻磁場(chǎng)的方向和大小在不同位置也是不同的。利用電位懸浮探頭測(cè)量中，如果遇到非磁性物質(zhì)的介入會(huì)使被測(cè)量的工頻磁場(chǎng)發(fā)生變化。相關(guān)的測(cè)量人員可以在測(cè)量的過程中，用一個(gè)小的電介質(zhì)手柄支撐測(cè)量探頭，也可以直接由測(cè)量人員手持探頭。

3.變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)中工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng)方法實(shí)例分析

3.1 某變電站的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

變電站的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最主要的目的就是為了監(jiān)測(cè)變電站的電磁環(huán)境，因此監(jiān)測(cè)的探頭通常是安裝在變電站高壓電氣設(shè)備附近，相關(guān)的顯示設(shè)備則是要充分考慮數(shù)據(jù)展示的作用，一般是安裝在變電站大門靠近站外馬路的位置。電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)一般需要對(duì)當(dāng)期的濕度、溫度、氣壓、工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)等多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，再將這些數(shù)據(jù)重新定義，之后按照通信規(guī)約發(fā)送給指定的顯示設(shè)備[3]。變電站周圍電磁環(huán)境通常比較惡劣，常用的傳輸媒介為光纖。下圖為某電力公司的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：

圖1 某電力公司電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.2 變電站工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng)的計(jì)算方法

變電站和輸電線路是不同的，因?yàn)樵谧冸娬纠镉胁簧俚碾姎庠O(shè)備，內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，另外還由控制箱、構(gòu)架以及引線等。所以變電站內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布也不會(huì)像輸電線路那樣分布的比較均勻，所以一般采用統(tǒng)計(jì)概率分布方法來分析變電站附近區(qū)域的電場(chǎng)分布情況。工頻電場(chǎng)和工頻磁場(chǎng)的計(jì)算方法則更加復(fù)雜，矩量法為比較常見的方法。本文主要區(qū)分工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法的不同因此計(jì)算和測(cè)試方法討論不在本文的研究范圍之內(nèi)。

3.3 工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng)在某變電站電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用

該變電站周圍的地勢(shì)比較平坦，交通便利，地質(zhì)條件良好，無壓文物或者礦產(chǎn)，地勢(shì)比較高，方便線路的進(jìn)出。變電站主變?nèi)萘繛?×50MVA，接線方式為雙母線，主變?cè)O(shè)置在戶外，而配電裝置則是布置在屋內(nèi)，為110V。該配電裝置采用的是GIS全封閉組合的電氣設(shè)備。測(cè)試的具體情況：測(cè)試時(shí)間為2015年4月20日，天氣晴朗。圖2 為該變電站的工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng)分布情況。

根據(jù)圖2我們發(fā)現(xiàn)該變電站站內(nèi)地表處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度略高于工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度，但是兩者差距不是十分明顯。另外，工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度的最大值都位于距離墻面5米到10米的范圍之內(nèi)，當(dāng)距離超過30米后，變電站的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度都變化不明顯。

圖2 某變電站工頻電場(chǎng)與工頻磁場(chǎng)分布情況

4.總結(jié)

我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使人們對(duì)電力有了更大的需求，為了滿足人們的高需求，電力企業(yè)加大了對(duì)變電站、輸電線路的建設(shè)。但是這些電力基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)產(chǎn)生一定的電磁輻射，對(duì)人們的身體健康和正常生活產(chǎn)生危害。變電站的電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)體統(tǒng)可以對(duì)電磁輻射程度進(jìn)行檢測(cè)，比如通過工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)等方式檢測(cè)，最后以數(shù)字的形式呈現(xiàn)出來。

[1]湯紫霖.變電站工頻電磁環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué),2014.

[2]楊帆.輸變電設(shè)備工頻電場(chǎng)的正、逆問題及電磁環(huán)境研究[D].重慶大學(xué),2008.

[3]殷曉紅,王立杰,佟瑤,張金麗,張亮.變電站作業(yè)場(chǎng)所電磁環(huán)境分析與評(píng)價(jià)[J].黑龍江電力,2013,02:162-165.