任罡

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司技能培訓(xùn)中心，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

工頻磁場(chǎng)是超高壓輸電及變電設(shè)備附近常見(jiàn)的電磁場(chǎng)干擾類型，其是強(qiáng)電流和強(qiáng)電壓共同作用的結(jié)果，是高壓輸電網(wǎng)絡(luò)附近必然存在的一種電磁干擾類型，工頻磁場(chǎng)會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，這是基于導(dǎo)電性能和電磁效應(yīng)的一種影響形式。通常工頻磁場(chǎng)對(duì)環(huán)境的影響是可以忽略不計(jì)的，但是隨著城鎮(zhèn)化的進(jìn)行，輸電網(wǎng)絡(luò)所在區(qū)域已不僅僅局限于荒野、郊區(qū)等，在高壓、超高壓輸電線、變壓器、變壓站附近也有生活區(qū)分布，而工頻磁場(chǎng)的電磁輻射較強(qiáng)不僅僅會(huì)對(duì)用電設(shè)備、輸電設(shè)備造成影響，還會(huì)對(duì)周圍居民身體健康造成不利影響[1]。

1 工頻磁場(chǎng)限值及研究現(xiàn)狀

1.1 工頻磁場(chǎng)的環(huán)境限值

高強(qiáng)度的工頻磁場(chǎng)還會(huì)對(duì)區(qū)域短波通訊產(chǎn)生干擾，引起信號(hào)強(qiáng)度降低、噪聲等，在雷雨天氣工頻磁場(chǎng)有較高的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生電暈放電、釋放多頻率雜波等，引起雷擊、電網(wǎng)電壓波動(dòng)等問(wèn)題。因此工頻磁場(chǎng)存在相應(yīng)的環(huán)境限值，具體來(lái)說(shuō)就是“合理范圍”的工頻磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度雖然會(huì)引起一定的電磁干擾問(wèn)題，但處于合理范圍內(nèi)，能夠避免絕大多數(shù)工頻磁場(chǎng)帶來(lái)的弊端，而這個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度上限就是工頻磁場(chǎng)的環(huán)境限值。

1.2 工頻磁場(chǎng)的電場(chǎng)限值

根據(jù)HJ/T24-1998相關(guān)文件，我國(guó)確認(rèn)了高壓輸電網(wǎng)絡(luò)工頻磁場(chǎng)的限值，對(duì)其有著明確的規(guī)定。根據(jù)輸電網(wǎng)絡(luò)所在區(qū)域，輸電線工頻磁場(chǎng)的限值不同，居民生活區(qū)附近工頻電廠強(qiáng)度不超過(guò)5kv/m，磁場(chǎng)強(qiáng)度不超過(guò)100uT。這是我國(guó)關(guān)于高壓輸電網(wǎng)絡(luò)工頻電場(chǎng)和工頻磁場(chǎng)的詳細(xì)規(guī)定，也是具體到具體數(shù)值的規(guī)定。

1.3 工頻磁場(chǎng)的電磁干擾限值

工頻磁場(chǎng)引起的電磁干擾現(xiàn)象在生活極為常見(jiàn)，比如在高壓變電器附近使用移動(dòng)通信設(shè)備可聽(tīng)到明顯的雜音抑或者變壓器運(yùn)行過(guò)程中可聽(tīng)到“嗡嗡”聲等，均是高壓輸電網(wǎng)附近工頻磁場(chǎng)引起的電磁干擾現(xiàn)象。在現(xiàn)代生活中無(wú)線電短波通訊在生產(chǎn)生活中的作用越來(lái)越重要，為了確保短波通訊的秩序和電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，我們需要確保高壓輸電線附近工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)[2,3]。根據(jù)GB15707-1995相關(guān)文件，我國(guó)目前確定的工頻磁場(chǎng)的電磁干擾限制具體規(guī)定如下：頻率為0.5MHz時(shí)，110kv電壓級(jí)輸電網(wǎng)絡(luò)附近電磁干擾水平應(yīng)低于46dB，220-330kv電壓級(jí)輸電網(wǎng)絡(luò)附近電磁干擾水平應(yīng)低于53dB，500kv電壓級(jí)輸電網(wǎng)絡(luò)附近電磁干擾水平應(yīng)低于55dB。

1.4 工頻磁場(chǎng)研究進(jìn)展

500kv輸電網(wǎng)絡(luò)是我國(guó)當(dāng)前電壓等級(jí)最高的輸電網(wǎng)絡(luò)，廣泛用于長(zhǎng)距離輸電中。但對(duì)于國(guó)家已建成電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，500kv電壓級(jí)輸電網(wǎng)絡(luò)并非新興事物，早在20世紀(jì)90年代我國(guó)就已獨(dú)立簡(jiǎn)稱500kv電壓級(jí)長(zhǎng)距離輸電線路，但受限于當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)條件和輸電供電環(huán)境，電磁干擾問(wèn)題并不突出，且當(dāng)時(shí)我國(guó)工業(yè)正處于發(fā)展起步階段，500kv電壓級(jí)輸電網(wǎng)絡(luò)并未大面積覆蓋，未能認(rèn)識(shí)到工頻磁場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)、生活和電氣系統(tǒng)的影響。

隨著國(guó)外電磁研究的穿入，我國(guó)電氣研究、電磁研究得到發(fā)展，形成了相對(duì)完善的電磁研究理論體系。自1998年起，在國(guó)外研究和國(guó)內(nèi)武漢高壓研究所研究成果基礎(chǔ)上我國(guó)開(kāi)始了超高壓試驗(yàn)，就高電壓級(jí)輸電線路工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)、可聽(tīng)噪聲、電磁干擾、電暈損失等電磁環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了大量研究，積累了豐富的研究數(shù)據(jù)與研究成果，為我國(guó)攻克高電壓級(jí)輸電線附近工頻磁場(chǎng)問(wèn)題提供了大量的經(jīng)驗(yàn)參考。

2 高電壓級(jí)輸電線附近工頻磁場(chǎng)的主要影響因素

2.1 距離

距離是影響500kv輸電線附近工頻磁場(chǎng)的重要因素，從理論上來(lái)說(shuō)距離越遠(yuǎn)電磁效應(yīng)越弱，工頻磁場(chǎng)的強(qiáng)度越低?？梢越⒁粋€(gè)等效的距離模型進(jìn)行研究與測(cè)定。模型設(shè)計(jì)如下，先地面有單回路三相500kv超高壓輸電線，輸送功率均為1000MW，導(dǎo)線中心距離5m，導(dǎo)線高度分別為25m、20m、15m，分裂導(dǎo)線半徑0.32m，次分裂導(dǎo)線半徑0.015m。

經(jīng)過(guò)測(cè)試得到以下表1數(shù)據(jù)：

表1 單回路相間距離對(duì)工頻磁場(chǎng)的影響

根據(jù)表1中測(cè)試數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)距離和工頻磁場(chǎng)之間的關(guān)聯(lián)性，兩者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，距離越遠(yuǎn)工頻磁場(chǎng)的強(qiáng)度越低，這個(gè)距離包含了水平距離和垂直距離。距離越近、線路越密集工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，隨著距離的增加工頻磁場(chǎng)的強(qiáng)度迅速降低，短距離內(nèi)衰減速度較快，遠(yuǎn)距離衰減速度較慢，超過(guò)40m后工頻磁場(chǎng)衰減速度進(jìn)一步降低，40m和50m距離上工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度相差不大。

根據(jù)我國(guó)非電離輻射防護(hù)的相關(guān)規(guī)定，公眾的工頻磁場(chǎng)暴露限值為100uT，職業(yè)人員允許的暴露強(qiáng)度為500uT，就測(cè)試數(shù)值來(lái)看，超高壓輸電線正下方地面工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度仍小于職業(yè)人員允許的暴露強(qiáng)度，僅在無(wú)限接近導(dǎo)線密集區(qū)域時(shí)工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度接近國(guó)家允許的限值但尚未超過(guò)，這提示500kv輸電網(wǎng)線路附近的工頻磁場(chǎng)暴露強(qiáng)度均在國(guó)家允許的范圍內(nèi)[4,5]。

2.2 相序

同塔雙回線路的高壓輸電線網(wǎng)中，雙回輸電線的工頻磁場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)相互影響，根據(jù)波的作用原理，其會(huì)產(chǎn)生增幅或減幅的效果，而在現(xiàn)實(shí)生活中同塔雙回路高壓輸電線較為常見(jiàn)，因此有必要對(duì)這種類型高壓輸電線的工頻磁場(chǎng)特征進(jìn)行研究。

建立一個(gè)同塔雙回路輸電線模型，輸送功率為1000MW，導(dǎo)線中心水平距離分別為9m和12m，離地距離分別為13m和11m，四分裂導(dǎo)線半徑0.3m，次分裂導(dǎo)線半徑0.015m。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試得到以下數(shù)據(jù)：

根據(jù)表2數(shù)據(jù)不難看出，同塔雙回路輸電線相序之間工頻磁場(chǎng)存在相互影響，由于兩者相互干擾在中心距離較近的地區(qū)工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度反而較低，隨著距離的增加工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸上升再逐漸降低，在10-20m之間存在一個(gè)強(qiáng)度峰值，預(yù)測(cè)可達(dá)6B/uT以上，隨著距離的進(jìn)一步增加工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度迅速降低，工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度峰值后變化趨勢(shì)與距離對(duì)工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度影響基本一致。

表2 同塔雙回路輸電線工頻磁場(chǎng)分布特征

從模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，同塔雙回路輸電工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度高于單相輸電線，雙回路輸電線的工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度普遍高于單相輸電線，因此在進(jìn)行管理的時(shí)候需要注意。在輸電線的垂直方向上工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度符合國(guó)家規(guī)定的職業(yè)暴露規(guī)定，而10-20m距離上的磁場(chǎng)強(qiáng)度則超過(guò)職業(yè)暴露規(guī)定，因此在距離同塔雙回路高壓輸電線中心距離10-20m的范圍內(nèi)盡量減少停留時(shí)間和電氣設(shè)備配置，以降低工頻磁場(chǎng)造成的危害[6]。

2.3 線路布置模式

線路布置模式是高壓輸電線的一個(gè)重要參數(shù)，在低電壓電系中線路布置對(duì)電能使用效率的影響較小，而在500kv超高壓輸電網(wǎng)中線路布置會(huì)極大地影響電能的輸送效率，甚至不合理的線路布置模式還可成為電系故障的重要誘因。

從我國(guó)超高壓輸電線設(shè)置實(shí)際情況來(lái)看，常見(jiàn)的500kv超高壓輸電線的布置模式主要有水平排列、三角形排列、倒三角形排列和垂直排列四種樣式。根據(jù)實(shí)際情況，建立等效仿真模擬研究模型，就不同線路布置模式下的工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如下：

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，我們不難看出線路布置模式對(duì)工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度有著顯著影響，不同排列模式下工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度差異顯著，水平排列和垂直排列輸電線的工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于正三角排列和倒三角排列，同時(shí)無(wú)論怎樣的線路布置模式均符合距離衰減特征，導(dǎo)線中心垂直方向上工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度最高，隨著距離增加逐漸衰減，10-20m內(nèi)工頻磁場(chǎng)衰減速率較高，20m后衰減速度迅速降低。同時(shí)從表3中我們不難看出，水平排列和垂直排列的500kv超高壓輸電線工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度全距離下均低于國(guó)家規(guī)定的職業(yè)暴露強(qiáng)度，而正三角形排列和倒三角形排列正下方和10米內(nèi)工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)國(guó)家允許的職業(yè)暴露強(qiáng)度，在此類型排列的線路附近作業(yè)時(shí)要加強(qiáng)相應(yīng)防護(hù)，同時(shí)倒三角形排列和正三角形排列的500kv超高壓輸電線20m內(nèi)的電氣設(shè)備也應(yīng)當(dāng)減少，以降低工頻磁場(chǎng)造成的損失。

表3 不同線路布置模式下工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度

3 結(jié)論

（1）500kv超高壓輸電線附近有著明顯的工頻磁場(chǎng)，工頻磁場(chǎng)圍繞輸電線存在，因此線路越密集工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，同時(shí)工頻磁場(chǎng)對(duì)周圍環(huán)境的影響隨著距離的增加而降低，超過(guò)50m時(shí)工頻磁場(chǎng)的影響效果幾乎可忽略，因此500kv超高壓輸電線的安全暴露距離在50m之外，即500kv超高壓輸電線距離人口密集區(qū)或活動(dòng)區(qū)距離在50m以上最佳。這是絕大多數(shù)情況下的安全距離。

（2）工頻磁場(chǎng)和輸電方向具有關(guān)聯(lián)性，同相超高壓輸電線工頻磁場(chǎng)具有疊加效果而雙回線的多相輸電線工頻磁場(chǎng)具有抵消效果，多相中心工頻磁場(chǎng)的強(qiáng)度反而低于中段距離，因此為了提高超高壓輸電線下電工作業(yè)安全性，可適當(dāng)加強(qiáng)雙回線多相輸電線路的運(yùn)用，利用不同相輸電線工頻磁場(chǎng)之間的干擾特征來(lái)降低輸電線中心水平的工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度為工作人員提供一個(gè)更加安全的工作環(huán)境。

（3）距離是影響工頻磁場(chǎng)作用效果最顯著的因素，增加輸電線到電工作業(yè)環(huán)境和居民生活區(qū)、活動(dòng)區(qū)的距離可有效降低超高壓輸電線工頻磁場(chǎng)對(duì)人體健康和用電器運(yùn)行參數(shù)的影響，因此我們可以通過(guò)調(diào)整導(dǎo)線中心到工作現(xiàn)場(chǎng)或活動(dòng)區(qū)域的距離來(lái)降低工頻磁場(chǎng)的影響。同時(shí)距離調(diào)整可同時(shí)從水平方向和垂直方向兩方面著手，對(duì)于遠(yuǎn)離生活區(qū)且用電器不密集的輸電區(qū)域我們可以通過(guò)水平方向上的調(diào)整使超高壓輸電線遠(yuǎn)離活動(dòng)區(qū)域，對(duì)于從居民生活區(qū)穿過(guò)性價(jià)比更高的輸電線路我們可以通過(guò)在垂直方向上提高輸電線架構(gòu)高度來(lái)進(jìn)行距離調(diào)整，來(lái)達(dá)到降低或消除輸電線工頻磁場(chǎng)的影響。