輸電線路工頻電磁場監測分析及防護措施

佟 瑤，紀偉光，殷曉紅，劉 旸

(1．黑龍江省電力科學研究院，哈爾濱150030;2．華電青島發電有限公司，山東青島266033;3．哈爾濱電站設備成套設計研究所有限公司，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環境保護的重要研究課題。運行中的高壓輸電線路的電暈放電和火花放電必然產生工頻電磁場，一旦超過國家標準規限值時，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研究院對本省電網輸電線路工頻電磁場的監測結果分析，探討分布規律以及影響輸電線路工頻電磁場的因素及控制措施。

1 工頻電場和磁場的監測方法

1.1 測量儀器

德國EFA300型低頻電磁場分析儀，頻率監測范圍為5～32 kHz，具有三維各向同性測量探頭(無方向性)、0.1～200 kV/m大動態電場測量范圍和1 nT～20 mT大動態磁場測量范圍。

1.2 測量條件

1)電磁場分析儀及其絕緣支撐物應保持干燥、清潔狀態，以減少測量誤差。

2)測量時測試人員距離儀器5 m，同時作業人員距儀器5 m處，盡量減小人體對所測電場強度的影響。

3)測量時關閉或不使用輻射電磁場的便捷式設備(如移動電話等)，以減小對所測點電場強度的影響。

4)在標準允許的環境溫度和濕度下進行測試。

1.3 測點布置［1］

測量地點應該選在地勢平坦、遠離樹木，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角線的2倍。根據實際測量經驗，當測點無法避及植物時，植物不得超出探頭高度，否則由于植物的遮擋，將影響測量精度。

在滿足上述條件下，選擇1個有代表性的檔距，以檔距中央導線弧垂最大處線路中心的地面投影點(即距離中心導線對地投影點0 m距離處)為測試原點，沿垂直于線路方向進行，每隔5 m設定1個測點，按順序測至邊相導線地面投影點外50 m處止。特殊情況下(如:進行科學試驗研究或存在敏感點時)，可酌情將測點間距縮小至0.5～1 m。即測點應選擇在導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和磁場監測試驗測點布置

單回送電線路以弧垂最低位置中相導線對地投影點為起點，同塔多回送電線路以弧垂最低位置檔距對應兩鐵塔中央連線對地投影點為起點，測量點均勻分布在邊相導線兩側的橫截面方向上。

1.4 評價范圍與評價標準［2］

以送電線路走廊兩側30m帶狀區域范圍內為工頻電場和磁場的評價范圍。

按HJ/T 24－1998《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環境影響評價技術規范》的規定，以4 kV/m作為居民區工頻電場評價標準，以0.1 mT作為公眾全天輻射的工頻磁感應強度的評價標準。

1.5 測量過程

按照上述測量條件中的要求進行，每個測量點連續測量5次，每次測量時間不少于1 s，并讀取穩定狀態最大值。若測量讀數起伏較大，則每1 min讀一個數，取5 min的平均值為測量讀數。

2 220 kV和110 kV輸電線路工頻電磁場監測結果及分布規律

2.1 代表性輸電線路簡介

具有代表性的不同電壓等級的輸電線路及其相關參數和監測時的氣象條件如表1所示。

表1 代表性輸電線路主要設計參數及監測氣象條件

2.2 220 kV雙回輸電線路工頻電磁場監測結果與分析

對牡亞線、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，測量電場強度和磁感應強度，結果分別如圖1、圖2所示。

圖1 220 kV雙回輸電線路工頻電場監測結果

圖2 220 kV雙回輸電線路工頻磁場監測結果

由圖1、圖2可知，4條輸電線路的電場強度均低于4 kV/m，磁感應強度均低于0.1 mT。隨著測點距離中心導線對地投影點距離的增加，4條輸電線路電場強度和磁感應強度變化呈現出相似的規律:隨著測點距離中心導線對地投影點距離的增加而逐漸減小，且在0～20 m范圍顯著減小，當測點距離中心導線對地投影點距離大于20 m時，減小程度逐漸緩慢。這個規律與文獻中報道的內容相似［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。弧垂高度相似的兩條線路，其電場強度和磁感應強度相差不大，而弧垂高度較高的牡亞線和亞尚線的電磁場監測結果明顯小于弧垂高度較低的牡海甲乙線和溫海甲乙線。上述結果表明，導線對地高度對輸電線路工頻電磁場具有一定的影響，增加導線對地高度能夠有效降低輸電線路的工頻電磁場。

2.3 220 kV單回輸電線路工頻電磁場監測結果與分析

對鶴聯乙線和鶴東乙線2條220 kV最大弧垂不同的單回輸電線路，測量電場強度和磁感應強度，結果如圖3、圖4所示。

圖3 220 kV單回輸電線路工頻電場監測結果

圖4 220 kV單回輸電線路工頻磁場監測結果

從圖3、圖4可以看到，2條輸電線路的電場強度均低于2 kV/m，磁感應強度均低于0.5 μT，遠遠小于標準限值。鶴聯乙線(最大弧垂為25 m)的電場強度和磁感應強度遠小于鶴東乙線(最大弧垂為14.3 m)，隨著測點距離中心導線對地投影點距離的從0 m增加至10 m，鶴聯乙線電場強度變化不大，均維持在700 V/m，當該距離大于10 m時，電場強度略有減小。2條線路磁感應強度均隨測點距離中心導線對地投影點距離的增加逐漸衰減，當該距離大于15 m時，磁感應強度衰減程度較小。

2.4 110 kV雙回輸電線路工頻電磁場監測結果與分析

對北烏甲線、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，測量電場強度和磁感應強度，其結果如圖5、圖6所示。

圖5 110 kV雙回輸電線路工頻電場監測結果

圖6 110 kV雙回輸電線路工頻磁場監測結果

對比圖5、圖6結果可以看到，4條輸電線路的電場強度均低于4 kV/m，磁感應強度均低于0.1 mT。隨著測點距離中心導線對地投影點距離的增加，4條110 kV輸電線路電場強度和磁感應強度變化規律同220 kV雙回輸電線路相似。弧垂高度相似的兩條線路，其電場強度和磁感應強度相差不大，說明電壓等級不同的輸電線路，電場強度和磁感應強度衰減規律相似，且線路弧高是影響電磁場的主要因素之一。

上述分析結果表明:220 kV和110 kV輸電線路工頻電磁場監測結果均滿足標準限值要求，電場強度均小于4 kV/m，磁感應強度均低于0.1 mT;220 kV與110 kV兩種不同電壓等級輸電線路工頻電磁場衰減特性基本一致，均隨測點距離中心導線對地投影點距離的增加而逐漸減小，說明輸電線路的電場強度和磁感應強度與輸電線路導線高度密切相關［4－5］。

3 輸電線路工頻電磁場的影響因素及控制措施

3.1 輸電線路工頻電磁場的影響因素

3.1.1 導線對地高度的影響

上述監測結果證明了工頻電場強度和磁感應強度隨輸電線路對地高度的增加而減小，隨測點距離中心導線對地投影點距離的增加也減少，說明導線對地高度和距離中心導線的距離均為影響輸電線路工頻電磁場的主要因素。此外，據文獻報道，輸電線路的不同導線結構、布置形式等方面也會對工頻電場磁場產生影響［6］，但導線對地高度對地面場強的影響最大，通過抬高相導線架設高度來控制地面場強的效果最為明顯［7］。

3.1.2 導線布置方式的影響

當導線由水平排列改為三角形排列時，場強最大值以及高場強區的范圍均有所減小。三相正三角布置時，地面工頻電場強度最大值最小;但是正三角布置時地面工頻電場強度所覆蓋的高場強區域大于倒三角排列時的情況，因此倒三角排列效果最好［8］。

3.1.3 導線參數的影響

在計算工頻磁感應強度時，等效半徑不作考慮，只對導線實際空間位置進行考慮，故導線參數變化不會對磁感應強度產生影響。而計算工頻電場強度時，則應用等效電荷法，這時導線等效半徑對于導線線下場強的影響起著主要作用，且隨著分裂半徑、分裂根數、導線半徑的增大，工頻電場強度亦隨之增大。

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強度降低，但其效果不如加大導線對地高度明顯。

3.1.5 導線相序

就同塔雙回和多回線路來看，相序排列的形式對工頻電磁場有著較大的影響。通過對相序排列的模擬，即同序列和逆序列兩種形式進行計算。結果顯示，不同的相序排列形式對工頻電磁場亦有不同的影響，且相比于同相序排列，逆相序排列的影響較小。

3.2 輸電線路工頻電磁場的控制措施

盡管上述的監測結果均滿足國家標準規定的限值，但為進一步減少輸電線路對環境和公眾健康的電磁輻射影響，輸電線路的建設應按照國家標準，在工程設計和建設運行過程中，采取行之有效的控制措施，以保護環境和公眾身體健康。

1)線路路徑盡可能避開沿途村鎮、學校，盡量避免或減少線路跨越民房的情況。經過居民區的路段應在設計規范標準基礎上適當提高架設高度，使線路走廊附近環境(包括建筑物)工頻電磁場處于合理的水平［8］。

2)工作人員在進行線路巡查等工作時應注意個人防護，配備防護用具，如防護服、專用護目鏡等，應盡可能減少作業時間和非作業停留時間。

3)輸電線路在設計過程中，通過選擇合理的導線間距和布置方式，減小導線等效半徑，優化相序排列等方式對輸電線路工頻電磁場進行控制，經過居民區的線路應在設計規范標準基礎上應適當提高導線架設高度。

4)要定期監測運行中的輸電線路，如發現有電磁輻射超標情況，應積極采取有效措施進行技術更新和改造，并懸掛標識牌，提醒作業人員注意。

4 結語

通過分析不同電壓等級輸電線路工頻電磁場監測結果，了解輸電線路工頻電磁場水平，掌握了不同電壓等級輸電線路工頻電磁場衰減規律，并針對輸電線路工頻電磁場的影響因素，根據環境保護法律法規和技術標準要求，提出了輸電線路工頻電磁場的有效控制措施，既保證了電力行業健康有序地發展，又保護了環境。

［1］ DL/T 988－2005，高壓交流架空送電線路、變電站工頻電場和磁場測量方法［S］．

［2］ HJ/T24－1998，500 kV超高壓送變電工程電磁輻射環境影響評價技術規范［S］．

［3］ 朱艷秋，宋曉東，趙志勇.220 kV高壓輸電線路工頻電磁場影響因素研究［J］．電力科技與環保，2011(1):5 －8．

［4］ 林海泉，朱鄭艷，姜衍．輸變電工程工頻電磁場分布特性及防護措施［J］．浙江電力，2011(2):18－20．

［5］ 曾東瑜，錢藝華.500 kV變電站工頻電磁場強度分布特點及防護措施［J］．江西電力，2006(6):47－48．

［6］ 張利庭，胡白雪，周浩．特高壓輸電線路下方工頻電磁場的研究［J］．能源與環境，2006(4):49－53．

［7］ 李剛，童曉，李君毅．特高壓輸電線路工頻電磁場的影響因素分析［J］．浙江海洋學院學報:自然科學版，2008(1):60－64．

［8］ 楊維秋，翟國慶．環境電磁監測與評價［M］．杭州:浙江大學出版社，2011．