高壓直流輸變電項(xiàng)目電磁環(huán)境監(jiān)測探討

摘 要：目前國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)對交流輸變電項(xiàng)目電磁環(huán)境監(jiān)測已有深入研究和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但對近幾年發(fā)展較快的高壓直流輸變電項(xiàng)目電磁環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的研究和確立仍處于起步階段。文章從分析直流電磁環(huán)境影響因子入手，結(jié)合現(xiàn)有監(jiān)測和管理標(biāo)準(zhǔn)方法，對高壓直流輸變電項(xiàng)目的電磁環(huán)境監(jiān)測進(jìn)行了探討，以提供一個(gè)可行的直流電磁環(huán)境監(jiān)測技術(shù)框架。

關(guān)鍵詞：高壓直流；電磁環(huán)境；監(jiān)測；標(biāo)準(zhǔn)；儀器

前言

保護(hù)環(huán)境是我國的基本國策。從我國制定的《國家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》可以看出，目前我國核與輻射安全風(fēng)險(xiǎn)增加，人民群眾環(huán)境訴求不斷提高，突發(fā)環(huán)境事件的數(shù)量居高不下，環(huán)境問題已成為威脅人體健康、公共安全和社會(huì)穩(wěn)定的重要因素之一[1]。電磁環(huán)境管理是核與輻射環(huán)境管理中的一項(xiàng)重要任務(wù)，也是當(dāng)前群眾環(huán)境訴求最為集中的領(lǐng)域之一，電磁環(huán)境監(jiān)測則是電磁環(huán)境管理的重要組成部分和技術(shù)支持。隨著高壓直流輸電工程項(xiàng)目的增加，有必要對直流電磁環(huán)境監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行研究，切實(shí)提高監(jiān)測水平和監(jiān)管能力。文章對高壓直流輸變電項(xiàng)目電磁環(huán)境監(jiān)測因子、方法和儀器等方面進(jìn)行了分析和探討，以為環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)建立直流電磁環(huán)境監(jiān)測技術(shù)框架提供借鑒。

1 我國電磁環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國電磁環(huán)境的環(huán)保監(jiān)測任務(wù)、尤其是驗(yàn)收監(jiān)測主要由各地輻射環(huán)境監(jiān)督（監(jiān)測）站承擔(dān)。國家環(huán)境保護(hù)部（原國家環(huán)境保護(hù)總局）為指導(dǎo)和規(guī)范全國各級輻射環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)察機(jī)構(gòu)能力建設(shè)，曾于2002年和2007年，發(fā)布并完善了全國輻射環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)察機(jī)構(gòu)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)出輻射環(huán)境監(jiān)測在我國環(huán)境保護(hù)管理中的重要性。經(jīng)過近三十年的發(fā)展，各地輻射監(jiān)測機(jī)構(gòu)和技術(shù)人員都已掌握了較為豐富的電磁環(huán)境監(jiān)測方法，尤其是針對高壓交流輸變電項(xiàng)目的電磁環(huán)境監(jiān)測，已形成一套非常成熟的監(jiān)測技術(shù)體系和方案。

直流輸電技術(shù)發(fā)展起于1882年，1987年我國首個(gè)全部采用國內(nèi)技術(shù)的舟山直流輸電工程投入運(yùn)行[2]。自2005年開始，隨著我國國內(nèi)對高壓直流輸變電技術(shù)研究的不斷深入，直流輸電項(xiàng)目立項(xiàng)和建設(shè)也開始進(jìn)入了高峰期。2009年，世界上第一個(gè)800kv直流輸變電工程在我國實(shí)現(xiàn)。高壓直流輸變電工程在我國建設(shè)起步較晚，目前對其合成場強(qiáng)、直流磁場等的環(huán)境影響研究尚不充分[3]，相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測和管理標(biāo)準(zhǔn)尚未完全建立，因此各地電磁環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)、包括輻射環(huán)境監(jiān)督（監(jiān)測）站普遍缺乏相應(yīng)的監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測技術(shù)體系尚未形成。

2 高壓直流輸變電項(xiàng)目電磁環(huán)境影響因子

高壓直流輸變電項(xiàng)目一般由換流站、輸電線路（文章研究主要針對架空線路）和接地極三部分組成，三者均會(huì)帶來一定的電磁環(huán)境影響。

2.1 換流站

在直流輸電系統(tǒng)中，完成交、直流電相互變換功能的站體統(tǒng)稱為換流站。其中，將直流電變換為交流電的換流站稱為逆變站，將交流電變換為直流電的換流站稱為整流站。

換流站電磁環(huán)境因子包括：直流合成電場、離子流密度、直流磁場、工頻電場、工頻磁場和無線電干擾。

直流母線是換流站直流電磁環(huán)境影響的主要污染源，污染因子包括合成電場、離子流密度和直流磁場；另外，換流站內(nèi)其他帶電導(dǎo)體發(fā)生電暈后也會(huì)對合成電場和離子流密度產(chǎn)生一定的貢獻(xiàn)。各類交流設(shè)備是換流站交流電磁環(huán)境影響的污染源，污染因子包括工頻電磁和工頻磁場。換流閥和交直流電氣設(shè)備則是直流換流站內(nèi)造成無線電干擾的主要污染源。

2.2 輸電線路

高壓直流輸變電項(xiàng)目的輸電線路用于將直流電自送端換流站輸送至受端換流站，除不含直流輸電線路的背靠背直流輸電系統(tǒng)外，一般情況可根據(jù)輸電線路的形式將直流輸電系統(tǒng)分為單極和雙極兩種類型。

單極系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和靈活性不如雙極系統(tǒng)好，因此直流輸電項(xiàng)目普遍采用雙極系統(tǒng)的接線方式，我國三峽至常州、廣東、上海的直流輸電線路均采用該種接線方式[4]。

與換流站中直流母線類似的，直流輸電線路對其周圍環(huán)境的主要污染因此包括合成電場、離子流密度和直流磁場；在輸電過程中，由于電暈的存在，直流線路同樣會(huì)對周圍環(huán)境產(chǎn)生無線電干擾。

2.3 接地極

接地極（包括引線）是直流輸電系統(tǒng)中一個(gè)特殊的線路部分。當(dāng)直流輸電系統(tǒng)以雙極模式運(yùn)行時(shí)，接地極起鉗制換流器中性點(diǎn)電位的作用，無電流通過；當(dāng)直流輸電系統(tǒng)以單極大地回線或是雙極不對稱運(yùn)行時(shí)，接地極不但過著鉗制換流器中性點(diǎn)電位的作用，而且還為直流電流提供通路[5]。

接地極中有直流電流通過時(shí)，一方面其引線相當(dāng)于一回直流輸電線路，會(huì)對周圍產(chǎn)生合成電場、離子流密度、直流磁場以及無線電干擾等電磁環(huán)境影響；另一方面，接地極將直流電流注入大地的特殊作用，會(huì)在極址周圍形成一個(gè)穩(wěn)定直流場，使得大地電位提高，對環(huán)境的直流磁場影響最為明顯，同時(shí)出現(xiàn)跨步電壓和接觸電動(dòng)勢可能會(huì)影響人畜安全。

3 直流相關(guān)電磁環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)

目前，國內(nèi)直接適用直流輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)測相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方法主要有：

（1）《直流換流站與線路合成場強(qiáng)、離子流密度測量方法》（DL/T 1089-2008）

該方法適用于800kv及以下、正常運(yùn)行條件下的換流站和直流輸電線路的合成場強(qiáng)、離子流密度的測量。

（2）《高壓架空輸電線、變電站無線電干擾測量方法》（GB/T 7349-2002）

該方法適用于電壓等級為500kv及以下正常運(yùn)行的高壓架空送電線、變電站、頻率范圍為0.15～30MHz的無線電干擾測量。

針對換流站中的交流部分，則可將以下兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)作為監(jiān)測參考方法：

（1）《高壓交流架空送電線路、變電站工頻電場和磁場測量方法》（DL/T 988-2005）

該方法適用于所有電壓等級的交流高壓架空送電線路和變電站。

（2）《交流輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)測方法（試行）》 （HJ 681-2013）endprint

該方法適用于110kv及以上電壓等級的交流輸變電工程，其他電壓等級的交流輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)測可參照執(zhí)行。

上述監(jiān)測方法中除HJ 681-2013外，其他三項(xiàng)監(jiān)測方法是由國家電力公司/國家電網(wǎng)公司或中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)提出、武漢高壓研究所起草制定的。而從當(dāng)前國家環(huán)境保護(hù)主管部門標(biāo)準(zhǔn)制定規(guī)劃來看，短期內(nèi)最有可能出臺(tái)的電磁環(huán)境保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是《電磁環(huán)境公眾曝露控制限值》，該標(biāo)準(zhǔn)是針對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》（GB 8702-88）的修訂，但卻不包括針對直流電磁環(huán)境管理的限值。其修訂說明在“修訂原則”部分明確提出采取了“回避原則”，即“回避了直流輸變電等法規(guī)及研究尚無定論或爭論較多之處”[6]。因此，可以預(yù)計(jì)近階段不會(huì)有進(jìn)一步的直流輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)方法出臺(tái)。

4 直流相關(guān)電磁環(huán)境監(jiān)測因子確定

接地極極址在事故狀態(tài)、單極大地回線或雙極不對稱運(yùn)行等特殊情況下，會(huì)造成跨步電壓、接觸電壓和轉(zhuǎn)移電壓，并由此可能對電信系統(tǒng)、交流電力系統(tǒng)和埋地金屬管道造成的影響[2]。該部分影響應(yīng)由項(xiàng)目建設(shè)單位根據(jù)《高壓直流輸電大地返回運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5224-2005）的規(guī)定嚴(yán)格設(shè)計(jì)，保留充分的余地，確保安全。投運(yùn)后定期檢查，加強(qiáng)在線監(jiān)測，及時(shí)掌握接地極工作狀態(tài)。在這種情況下，認(rèn)為接地極部分可以不列入直流輸變電項(xiàng)目的電磁環(huán)境監(jiān)測對象范圍內(nèi)。

結(jié)合前文對高壓直流輸變電項(xiàng)目電磁環(huán)境影響因子綜合分析可以總結(jié)認(rèn)為，該類項(xiàng)目正常運(yùn)行期間，項(xiàng)目整體對周圍環(huán)境造成的電磁影響主要包括合成電場、離子流密度、直流磁場、工頻電場、工頻磁場和無線電干擾六個(gè)方面。

經(jīng)分析并結(jié)合工作實(shí)踐認(rèn)為，將合成電場、工頻電場、工頻磁場這三項(xiàng)作為高壓直流輸變電項(xiàng)目的電磁環(huán)境監(jiān)測因子最為適當(dāng)，離子流密度、直流磁場和無線電干擾這三項(xiàng)則僅作為技術(shù)指標(biāo)研究和控制，不列入電磁環(huán)境的監(jiān)測范圍。原因如下：

（1）人在直流輸電線路下會(huì)同時(shí)受到離子流和電場的作用。當(dāng)人在直流輸電線路下截獲離子流后，被截獲的離子流會(huì)通過人體入地。有研究表明，要得到同樣的感受，流過人體的直流電流要比交流電流大5倍以上；而人在直流輸電線路下截獲的電流又比能感覺的臨界值小兩個(gè)數(shù)量級。因此，人在直流輸電線路下截獲離子流一般不會(huì)有感覺。有學(xué)者試驗(yàn)后認(rèn)為離子流帶來的空間電荷不會(huì)在人或動(dòng)物身體表面產(chǎn)生聚集，不會(huì)影響人或動(dòng)物健康[7]。但整體而言，目前對離子流可能造成的生物效應(yīng)尚無定論[8]。另外離子流場與直流導(dǎo)線本身產(chǎn)生的靜電場（標(biāo)稱電場）疊加形成合成電場，表明離子流場的環(huán)境影響在合成電場中已有所體現(xiàn)，且兩者基本呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，因此離子流密度可不單獨(dú)作為一項(xiàng)電磁環(huán)境影響因子開展監(jiān)測。

（2）直流磁場屬于靜磁場。從全球地磁場的分布情況來看，大部分地區(qū)的地磁場水平范圍為20～70μT，我國為40～60μT。研究表明，即使對于電壓等級為±800kv的高壓直流輸電線路而言，在極導(dǎo)線距地高度取18m的情況下，其線下地面最大磁感應(yīng)強(qiáng)度也小于45T；另外，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨距離增加迅速衰減，換流站邊界外水平更低。對于接近或小于地磁場水平的靜磁場，人類早已習(xí)慣，不會(huì)影響人的健康；否則，人類在地球上生存都成問題[2、9]。因此，認(rèn)為直流磁場可不作為高壓直流輸變電項(xiàng)目必要的電磁環(huán)境監(jiān)測因子。

（3）是否應(yīng)將無線電干擾監(jiān)測列入輸變電項(xiàng)目電磁環(huán)境監(jiān)測因子的爭論由來已久。持支持意見方主要考慮高壓直流輸變電項(xiàng)目造成的無線電干擾會(huì)對附近的通信、廣播節(jié)目等造成影響，認(rèn)為實(shí)施監(jiān)測是必需的。但從開展高壓交流輸變電項(xiàng)目無線電干擾監(jiān)測實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，建議不將其作為高壓直流輸變電項(xiàng)目的電磁環(huán)境監(jiān)測因子：

首先，無線電干擾測量地點(diǎn)選擇困境。無線電干擾的影響作用主要是對各類電子設(shè)備而非對人。GB/T 7349-2002中規(guī)定了無線電干擾的測量地點(diǎn)應(yīng)選在“地勢較平坦，遠(yuǎn)離建筑物和樹木，沒有其他電力線和通信、廣播線的地方”。符合條件的監(jiān)測地點(diǎn)在城市或近郊幾乎不存在，而城市或近郊正是公眾對項(xiàng)目環(huán)境監(jiān)測最為關(guān)注的區(qū)域；反之，符合上述監(jiān)測條件的區(qū)域一般遠(yuǎn)離公眾生活區(qū)，在該類區(qū)域內(nèi)開展無線電干擾監(jiān)測意義不大。

其次，從無線電干擾的影響對象和影響程度來看，近年來，中、短波頻段的無線電廣播收聽已不再是居民廣泛關(guān)注的問題，收聽率大幅降低，輸變電項(xiàng)目無線電干擾對公眾生活的影響程度和范圍均已很小。1994年10月22日，國家無線電管理委員會(huì)辦公室發(fā)布了《無線電監(jiān)測和干擾處理程序（試行）》（國無辦監(jiān)[1994]181號(hào)），規(guī)定了“監(jiān)測各種干擾，對其進(jìn)行分析，提出處理意見”是各級無線電監(jiān)測站常規(guī)監(jiān)測的一項(xiàng)任務(wù)。因此，當(dāng)直流輸變電項(xiàng)目產(chǎn)生的不確定性較大的無線電干擾對廣播、電視、通信等造成影響時(shí)，可由當(dāng)?shù)責(zé)o線電監(jiān)測站監(jiān)測分析，由無線電管理部門依法進(jìn)行處理，不會(huì)因該項(xiàng)目未被列入環(huán)保部門的電磁環(huán)境監(jiān)測范圍而形成管理缺失，造成嚴(yán)重環(huán)境污染和干擾。

再次，無線電干擾測量結(jié)果受環(huán)境背景水平影響較大。由于影響的相互性，廣播信號(hào)以及其他通訊設(shè)施、電子設(shè)備都會(huì)對無線電干擾測量帶來影響，進(jìn)而對這一電磁環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目的結(jié)果評定造成干擾。

最后，無線電干擾主要是因換流閥和直流導(dǎo)線等電暈放電造成的，與其同因產(chǎn)生的還有一項(xiàng)非文章討論范圍內(nèi)的污染因子--可聽噪聲，二者機(jī)理、規(guī)律均有相似之處。鑒于環(huán)境噪聲監(jiān)測技術(shù)和方法已非常成熟可靠，可以將可聽噪聲作為項(xiàng)目必需的監(jiān)測因子和重點(diǎn)管理目標(biāo)，通過對噪聲現(xiàn)象的抑制和改善，同樣有助于降低輸電線路的無線電干擾水平。

2013年1月6日，環(huán)境保護(hù)部曾發(fā)辦公廳函（環(huán)辦函[2013]12號(hào)），向各省、自治區(qū)、直轄市環(huán)境保護(hù)廳（局），環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，環(huán)境保護(hù)部輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中心，國家電力監(jiān)管委員會(huì)，國家電網(wǎng)公司，中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司征求對《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 輸變電工程（第二次征求意見稿）》和《建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范 輸變電工程（第二次征求意見稿）》的意見。從上述兩項(xiàng)技術(shù)規(guī)范制定中的情況來看，直流磁場、離子流密度和無線電干擾在第二次征求意見稿中未被列入直流輸變電工程電磁環(huán)境評價(jià)和驗(yàn)收范圍內(nèi)。endprint

綜上分析認(rèn)為，高壓直流輸變電項(xiàng)目必要的電磁環(huán)境監(jiān)測因子為合成電場、工頻電場、工頻磁場三項(xiàng)，其監(jiān)測方法最為成熟完整，污染源項(xiàng)易于判定，監(jiān)測結(jié)果易于評價(jià)，且基本覆蓋直流輸變電工程的主要電磁環(huán)境污染因子，已能夠較為充分滿足該類項(xiàng)目電磁環(huán)境影響的管理需要。

5 監(jiān)測方法和儀器

合成場強(qiáng)的測量方法和對測量儀器的基本要求在DL/T 1089-2008中已明確，其中值得注意的幾點(diǎn)是：

（1）測量的是地面合成場強(qiáng)，測量儀器應(yīng)直接放置在地面上，探頭與地面間的距離應(yīng)小于200mm，接地板應(yīng)良好接地。

（2）風(fēng)速對高壓直流輸電線路下方合成場強(qiáng)的影響極大。因正負(fù)離子在電場作用下的遷移速度和風(fēng)速相比，屬同一數(shù)量級，即使是很小的風(fēng)，帶電離子運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性也很大，將會(huì)使合成電場分布發(fā)生畸變[10-12]，因此方法規(guī)定了測量必須在風(fēng)速小于2m/s條件下進(jìn)行。

（3）合成場強(qiáng)測量受自然環(huán)境影響較大，使得測量數(shù)據(jù)的分散性也較大，因此方法規(guī)定了每個(gè)測點(diǎn)每次測量數(shù)據(jù)不少于100個(gè)，且應(yīng)用累計(jì)概率法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

據(jù)了解，目前國內(nèi)僅有武漢高壓研究所和北京森馥科技有限公司等極少數(shù)單位進(jìn)行了高壓直流地面合成場強(qiáng)監(jiān)測設(shè)備的研發(fā)工作。2013年，我單位根據(jù)需要購入了北京森馥科技有限公司開發(fā)的HDEM-1直流合成場強(qiáng)檢測系統(tǒng)。HDEM-1直流合成場強(qiáng)檢測系統(tǒng)采用引進(jìn)自加拿大博泰公司的測量探頭，并由北京森馥科技有限公司根據(jù)DL/T 1089-2008進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析處理系統(tǒng)的二次開發(fā)和集成，能夠充分滿足測量方法對合成場強(qiáng)檢測儀器的要求。

我單位在引進(jìn)HDEM-1直流合成場強(qiáng)檢測系統(tǒng)前，曾赴昆明特高壓直流試驗(yàn)基地對系統(tǒng)的監(jiān)測性能進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)測數(shù)據(jù)與理論估算值具有較好的一致性，基本能夠滿足環(huán)境監(jiān)測的需要，為電磁環(huán)境管理提供數(shù)據(jù)支持。

對于工頻電場和磁場的監(jiān)測，僅涉及換流站周圍。監(jiān)測儀器方面，國內(nèi)使用最為廣泛的是意大利PMM公司提供的工頻儀。目前，其已與德國NARDA公司合并同屬于美國L-3 Communications，最新推出的工頻電場、磁場監(jiān)測儀器是EHP-50D（探頭），可配套NBM-550主機(jī)或通過配套EHP-TS軟件連接PC開展監(jiān)測。

鑒于各電磁環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)對交流輸變電項(xiàng)目電磁環(huán)境監(jiān)測已有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，文章不再進(jìn)行深入討論。建議以HJ 681-2013作為監(jiān)測的主要依據(jù)，在換流站交流側(cè)圍墻外適當(dāng)增加測點(diǎn)、并設(shè)置監(jiān)測斷面。在測量和儀器選擇方面，應(yīng)重點(diǎn)注意以下兩點(diǎn)：

（1）工頻電場監(jiān)測結(jié)果受環(huán)境濕度影響較大，因此監(jiān)測時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)在80%以下，工頻電場監(jiān)測儀器探頭支架應(yīng)用不易受潮的非導(dǎo)電材質(zhì)。

（2）監(jiān)測結(jié)果應(yīng)選用儀器的方均根值讀數(shù)。

6 結(jié)束語

伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)水平的提高，我國已經(jīng)進(jìn)入環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高發(fā)期。環(huán)境監(jiān)測工作是環(huán)境保護(hù)工作的重要基礎(chǔ)和支持力量，環(huán)境監(jiān)測水平直接關(guān)系到環(huán)境管理的科學(xué)化程度。高壓直流輸變電項(xiàng)目是一種新興的輸變電方式，針對其開展電磁環(huán)境監(jiān)測有助于及時(shí)、準(zhǔn)確掌握項(xiàng)目運(yùn)行過程中環(huán)境污染的實(shí)際情況，為保護(hù)公眾利益提供科學(xué)依據(jù)。高壓直流輸變電項(xiàng)目的電磁環(huán)境監(jiān)測，對保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)電力項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。我國有必要通過研究建立一套包括環(huán)境評價(jià)、預(yù)測、監(jiān)測和管理等，較為全面且具針對性的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系；對全國各地的環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)而言，根據(jù)高壓直流輸變電項(xiàng)目特點(diǎn)形成完善的監(jiān)測體系和熟練掌握監(jiān)測技術(shù)方法則是當(dāng)前工作的重中之重。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：陳偉（1981，12-），男，籍貫江蘇，工程師，目前主要從事電磁和電離輻射環(huán)境監(jiān)測和管理工作。endprint