不同類型典型變電站工頻電磁場強度分布特征研究

江世雄

摘要： 本文以福建省3座典型110/220kV戶內(nèi)變電站為調(diào)查對象，布點監(jiān)測變電站設備區(qū)、配電區(qū)及變電站圍墻外工頻電磁場水平，探究了電壓等級、變電站元件布設方式對變電站內(nèi)工頻電磁場的影響，結(jié)果表明，設備區(qū)和配電區(qū)是變電站內(nèi)工頻電磁場的主要來源，主變附近工頻電場強度最大值為5030V/m。110kV GIS與110kV AIS配電裝置相比能有效屏蔽工頻電磁場，而電容器、電抗器工頻電磁場強度與電壓等級間的規(guī)律不明顯；職業(yè)人員長期工作場所-主控室工頻電磁場值均很小，遠低于職業(yè)工作人員電磁場暴露限值標準，因此不會對職業(yè)工作人員身體健康造成危害；各變電站圍墻周圍工頻電磁場強度最大值分別為201V/m和0.450μT，遠小于國家規(guī)定的公眾電磁場暴露限值標準。

Abstract： In this paper， three typical 110/220kV indoor substations in Fujian Province were investigated. The level of power frequency electromagnetic fields outside the substation equipment area， power distribution area and substation enclosures was monitored， and the voltage level and layout of substation components were investigated. The influence of frequency electromagnetic field shows that the equipment area and power distribution area are the main sources of power frequency electromagnetic field in the substation， and the maximum intensity of the power frequency electric field near the main transformer is 5030V/m. The 110kV GIS can effectively shield the power frequency electromagnetic field compared with the 110kV AIS power distribution device， and the regularity between the power frequency electromagnetic field intensity of the capacitor and the reactor and the voltage level is not obvious； the long-term workplace-main control room power frequency electromagnetic field value is very small， far below the occupational staff electromagnetic exposure limit standards， so it will not cause harm to the health of occupational workers； the maximum intensity of the power frequency electromagnetic field around the transformer substation wall is 201V/m and 0.450μT， which is far less than the public electromagnetic exposure limit standards in national regulations..

關(guān)鍵詞： 變電站；電磁場；設備區(qū)；配電區(qū)；健康

Key words： substations；electromagnetic field；equipment area；switch area；health

中圖分類號：TM411+.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）12-0188-03

0 引言

隨著我國社會的快速發(fā)展和城市化速度的加快，用電量日益增加，截至2016年底，全社會用電量達到5.92萬億kW·h。變電站在緩解用電供需矛盾、維持電網(wǎng)安全運行和完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方面發(fā)揮重要作用，然而，近年來新建的變電站常位于城區(qū)等人口稠密地區(qū)[1]，其運行時產(chǎn)生的電磁環(huán)境污染愈來愈受到人們的廣泛關(guān)注。

變電站按照電壓等級通?？煞譃?10kV、220kV和500kV，依據(jù)主變與配電裝置的布置通?？煞譃閼魞?nèi)型、戶外型和半戶內(nèi)型。在現(xiàn)有的變電站中，絕大部分為110/220kV、戶內(nèi)變電站[1]，因此，為了解變電站內(nèi)部配電區(qū)和設備區(qū)工頻電磁場強度的分布特征和規(guī)律以及變電站圍墻周圍工頻電磁場強度，本研究選取福建省3座典型戶內(nèi)變電站，依據(jù)規(guī)范布點測定各區(qū)域的工頻電磁場強度，以期為不同電壓等級變電站控制電磁環(huán)境污染、職業(yè)工作人員和公眾的電磁場暴露情況提供建議與理論依據(jù)。

1 監(jiān)測方法與測點布置

1.1 監(jiān)測依據(jù)

變電站內(nèi)工頻電場、工頻磁場的測點布置依據(jù)《電力行業(yè)勞動環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（DL/T799.7-2010）；

變電站圍墻周圍測點布置依據(jù)《交流輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)測方法（試行）》（HJ681-2013）。

上述各測點處均重復測量5次，取平均值作為監(jiān)測結(jié)果。

1.2 監(jiān)測儀器

Narda公司NBM550型工頻電磁場強度測量儀。

2 數(shù)據(jù)分析

采用Origin9.0和Excel 2013對數(shù)據(jù)繪圖和分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 設備區(qū)工頻電磁場強度分布規(guī)律

變電站一般由設備區(qū)（主變、電容器、電抗器等）、配電區(qū)（開關(guān)室）和主控室組成。圖1為不同電壓等級變電站主變周圍工頻電磁場強度。可以看出，在主變電場強度中（圖1（a）），110kV巖州變>110kV 臺中變>220kV鶴林變，其中110kV巖州變2號主變周圍達到了5030V/m，超出《 電力行業(yè)勞動環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 第7部分：工頻電場、磁場監(jiān)測》（DLT 799.7-2010）中規(guī)定的職業(yè)工作人員工頻電場暴露限值5kV/m，但職業(yè)工作人員只在維修主變時短暫進入主變室，因此，短暫暴露幾乎不會影響職業(yè)人員身體健康。主變工頻磁感應強度與工頻電場強度趨勢類似（圖1（b）），其工頻磁場強度在1.560～19.864μT。李華亮等[2]研究表明，隨著變電站電壓等級的增大，主變周圍電磁場強度迅速增大，本研究中，主變電壓等級相對較小的110kV巖州變和110kV臺中變主變周圍工頻電場強度大于220kV鶴林變，表明主變周圍電場強度不僅與電壓等級有關(guān)，可能還與主變型號、主變與其他配電裝置等的接線方式等也有密切關(guān)系。

電容器和電抗器也是變電站內(nèi)電磁場的主要來源，由表1可以看出，3種類型電容/電抗器工頻電磁場強度均不大，其中工頻電場強度在4.2V/m～243V/m之間，工頻磁感應強度在0.658～4.482μT之間，電容器、電抗器附近工頻電磁場強度與電壓等級無明顯聯(lián)系，這與于麗新等研究結(jié)果類似[3]。

3.2 配電區(qū)工頻電磁場分布特征

變電站中，開關(guān)室控制各電源設備開關(guān)，對用電的安全性發(fā)揮了重要作用。變電站中常見的高壓開關(guān)室（110kV）有GIS（Gas Insulator Switchgear）、AIS（Air Insulator Switchgear）和HIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear），本研究中，巖州變110kV開關(guān)室和鶴林變220kV開關(guān)室均為GIS布置，臺中變110kV開關(guān)室為AIS布置，由表1可以看出，巖州變110kV GIS開關(guān)室內(nèi)工頻電場強度小于1V/m，工頻磁感應強度在0.060～0.680μT之間，遠小于臺中變110kV開關(guān)室（工頻電場強度187V/m，工頻磁感應強度2.654μT），這可能是因為GIS開關(guān)室內(nèi)三相線路磁場相互抵消，同時金屬套管對電磁場均有較好的屏蔽作用[4]。不同類型變電站低壓開關(guān)室（10kV）測點處工頻電場強度基本均小于1V/m，這可能是因為開關(guān)室中斷路器均封閉在開關(guān)柜中，斷路器電場被金屬外殼屏蔽，但不同開關(guān)室工頻磁感應強度差異較大，最大值出現(xiàn)在巖州變10kV開關(guān)室，為4.101μT；最小值出現(xiàn)在臺中變10kV開關(guān)室，為0.080μT。

母線在變電站中起到匯集和分配電流的作用，由表1可以看出，110kV臺中變構(gòu)架母線下方工頻電場強度為187V/m，與220kV鶴林變構(gòu)架母線下方工頻電場強度接近，但110kV臺中變母線下方工頻磁場為2.654μT，遠小于220kV鶴林變母線下方工頻磁感應強度（5.987μT），這可能因為鶴林變母線電流強于臺中變。本研究監(jiān)測結(jié)果表明，變電站構(gòu)架母線下工頻電磁場強度均處于職業(yè)工作人員允許的暴露限值之內(nèi)。

3.3 職業(yè)工作人員工作區(qū)域工頻電磁場暴露情況

主控室是變電站職業(yè)人員工作場所，由監(jiān)測結(jié)果可知，操作屏前和值班臺處工頻電場強度為0.56V/m～35V/m（圖2（a）），工頻磁感應強度均小于0.1μT（圖2（b）），職業(yè)人員工作場所工頻電磁場暴露遠小于工頻電場強度5kV/m和工頻磁感應強度500μT的職業(yè)暴露限值，因此，職業(yè)工作人員工作區(qū)域工頻電磁場暴露符合國家相應規(guī)范和標準，不會對工作人員身體健康造成危害。

3.4 變電站圍墻周圍工頻電磁場強度

變電站圍墻周圍工頻電磁場強度是衡量其周圍公眾電磁暴露水平的重要參考依據(jù)。由圖3（a）可以看出，總體上，變電站圍墻周圍工頻電場強度大小為110kV臺中變>220kV鶴林變>110kV巖州變，最大值出現(xiàn)在110kV巖州變東側(cè)圍墻，為201V/m；而變電站圍墻周圍工頻磁感應強度總體上為220kV鶴林變>110kV巖州變>110kV臺中變（圖3（b）），最大值出現(xiàn)在220kV鶴林變西側(cè)圍墻處，為0.450μT，各變電站圍墻周圍工頻電磁場強度測值均在《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）中規(guī)定的公眾工頻電磁場暴露限值內(nèi)（電場強度<4000V/m，工頻磁場<100μT）。

4 結(jié)論

①設備區(qū)和配電區(qū)是變電站內(nèi)工頻電磁場的主要來源，主變附近工頻電場強度最大值為5030V/m，110kV GIS與110kV AIS配電裝置相比能有效屏蔽工頻電磁場，而電容器、電抗器工頻電磁場強度與電壓等級間的規(guī)律不明顯； ②職業(yè)人員長期工作場所主控室工頻電磁場強度值均很小，遠低于職業(yè)工作人員電磁場暴露限值標準，因此不會對職業(yè)工作人員身體健康造成危害；③各變電站圍墻周圍工頻電磁場強度最大值分別為201V/m和0.450μT，遠小于國家規(guī)定的公眾電磁場暴露限值標準，不會對周圍公眾造成危害。

參考文獻：

[1]劉岳定，王里奧，江玲燕.重慶市典型變電站站場外工頻電磁場實測分析[J].環(huán)境科學與管理，2009，34（3）：138-140.

[2]李華亮，李麗，曾廣誠，等.不同電壓等級變電站工頻電磁場暴露狀況調(diào)查[J].環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學，2013，30（11）：847-849.

[3]于麗新，李超，杜佳，等.遼寧省某典型500kV變電站電磁污染分布特性研究[J].環(huán)境科學與技術(shù)，2013（s1）：90-94.

[4]余鵬，田杰，李強，等.沿海地區(qū)不同電壓等級變電站電磁環(huán)境參數(shù)測量與分析[J].智能電網(wǎng)，2016，6（4）：191-198.