變電站電磁污染分布特性及防控措施研究

摘要：變電站產(chǎn)生的電磁輻射強(qiáng)度越來越大，威脅著環(huán)境與居民的安全，故提出變電站電磁污染分布特性及防控措施研究。選取某500 kV變電站作為研究對(duì)象，EFA-300型號(hào)電磁場(chǎng)強(qiáng)分析儀器作為測(cè)試儀器，依據(jù)制定變電站電磁輻射強(qiáng)度檢測(cè)流程與電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)布置結(jié)果，獲取電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果。通過分析可知：變電站配電區(qū)域電磁污染中心強(qiáng)、周圍弱；電氣設(shè)備區(qū)域一次設(shè)備輻射高、二次設(shè)備低；空地、建筑、植被區(qū)域距離增加，輻射逐漸減小。制定措施包括完善法律體系、合理技術(shù)應(yīng)用與有效屏蔽電磁場(chǎng)，助力電磁污染治理。

關(guān)鍵詞：電磁污染；電場(chǎng)強(qiáng)度；防控措施；變電站；分布特性

中圖分類號(hào)：X837 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

為了滿足日益增長的電力能源需求，輸變電壓不斷提升，以此來提升電力系統(tǒng)的電力能源輸送性能。變電站是電力能源輸送過程中的關(guān)鍵場(chǎng)所，主要由一次設(shè)備（隔離開關(guān)、變壓器、避雷器、高壓斷路器、電容器、母線、電抗器等）與二次設(shè)備（繼電保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、直流設(shè)備、自動(dòng)裝置、計(jì)量裝置、自動(dòng)化設(shè)備等）構(gòu)成。根據(jù)調(diào)查研究數(shù)據(jù)表明：中國現(xiàn)有變電站以電壓等級(jí)進(jìn)行劃分，分別為10 kV變電站、35kV變電站、110 kV變電站、220 kV變電站、500 kV變電站與1 000 kV變電站。變電站電壓的升高使得其運(yùn)行產(chǎn)生的電磁強(qiáng)度也隨之加大，不但會(huì)干擾周圍電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，也會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生一定的影響，將此種現(xiàn)象稱之為電磁輻射。當(dāng)變電站電磁輻射強(qiáng)度超過周邊環(huán)境、人體所能承受的體量時(shí)，環(huán)境、人體就會(huì)遭受到一定程度的傷害，此時(shí)電磁輻射達(dá)到污染級(jí)別，需要對(duì)其進(jìn)行治理與管控。

變電站一般建設(shè)在主要用電用戶附近，并且與公路進(jìn)行連接，方便大型電氣設(shè)備的運(yùn)輸與安裝，這使得變電站與用電用戶之間的距離并不遠(yuǎn)，雖然隨著距離的增加，電磁強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)一定的衰減，但依然會(huì)對(duì)用電用戶健康產(chǎn)生一定的不利影響。為此，提出變電站電磁污染分布特性及防控措施研究。

1變電站電磁污染分布特性分析

1.1研究對(duì)象與測(cè)試儀器選取

以某500 kV變電站作為研究對(duì)象，采用測(cè)試儀器對(duì)變電站內(nèi)部與周邊的電磁強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)與測(cè)量，為變電站電磁污染分布特性提供數(shù)據(jù)支撐。研究對(duì)象——500 kV變電站中主要包含3組主變壓器，分別為T1-1000型號(hào)，額定電壓為1000 V，額定電流為50 A，損耗為100W；MPT-200型號(hào)，額定電壓為200 V，額定電流為20 A，損耗為50 W；VTX-500型號(hào)，額定電壓為500 V，額定電流為30A，損耗為80 W。輸電線路共為8條，由于研究篇幅的限制，不對(duì)變電站具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的描述與展示。

測(cè)試儀器是變電站電磁強(qiáng)度檢測(cè)及其測(cè)量的主要工具。依據(jù)研究需求，選取EFA-300型號(hào)電磁場(chǎng)強(qiáng)分析儀器作為主要測(cè)試儀器，是一種專門用于電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)定的儀器設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，例如環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域、勞動(dòng)保護(hù)領(lǐng)域等。EFA-300型號(hào)電磁場(chǎng)強(qiáng)分析儀器內(nèi)部共有兩路獨(dú)立的通道，標(biāo)準(zhǔn)頻率為12 Hz，測(cè)量誤差達(dá)到了1‰，符合變電站電磁強(qiáng)度測(cè)量需求。為了保障EFA-300型號(hào)電磁場(chǎng)強(qiáng)分析儀器功能的正常發(fā)揮，對(duì)電磁場(chǎng)強(qiáng)分析儀器基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。

上述過程完成了研究對(duì)象與測(cè)試儀器的選取，并對(duì)研究對(duì)象內(nèi)部情況、測(cè)試儀器基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行了簡單說明，為后續(xù)電磁輻射強(qiáng)度檢測(cè)流程制定奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2電磁輻射強(qiáng)度檢測(cè)流程制定

參考國家制定的變電站電磁污染測(cè)量條例與規(guī)則，制定變電站電磁輻射強(qiáng)度檢測(cè)流程，具體如下所示：

步驟一：將EFA-300型號(hào)電磁場(chǎng)強(qiáng)分析儀器架設(shè)在地面上方1.5 m的位置，并將檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度保持在0℃-50℃，濕度保持在lt;80％ rh范圍內(nèi)，以此來提升電磁強(qiáng)度測(cè)量的精準(zhǔn)度；

步驟二：EFA-300型號(hào)電磁場(chǎng)強(qiáng)分析儀器測(cè)量探頭與電氣設(shè)備外殼邊界之間保持著1-2.5 m的距離，具體距離數(shù)值需要根據(jù)電氣設(shè)備安裝位置來決定；

步驟三：根據(jù)變電站電磁輻射方向布置測(cè)量點(diǎn)，并設(shè)置相鄰測(cè)量點(diǎn)間距為5m，以多次測(cè)量結(jié)果平均值為最終的電磁輻射強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果。

上述過程完成了變電站電磁輻射強(qiáng)度檢測(cè)流程的制定，為后續(xù)電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果獲取提供助力。

1.3電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)布置

將EFA-300型號(hào)電磁場(chǎng)強(qiáng)分析儀器測(cè)量范圍劃分為兩個(gè)區(qū)域，分別為變電站內(nèi)部區(qū)域與變電站外部區(qū)域。其中，變電站內(nèi)部區(qū)域細(xì)分為配電區(qū)域與主要電氣設(shè)備區(qū)域，變電站外部區(qū)域細(xì)分為空地區(qū)域、建筑物區(qū)域與植被區(qū)域。每個(gè)區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)布置要求及其結(jié)果均存在著一定的差異性，以此來滿足不同區(qū)域電磁強(qiáng)度的測(cè)量需求，為電磁污染分布特性分析提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

依據(jù)變電站及其外部環(huán)境實(shí)際情況，布置每個(gè)區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)，具體測(cè)量點(diǎn)布置結(jié)果如下所示：

（1）配電區(qū)域：該區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)布置數(shù)量為14個(gè)，布置間距為3m，布置位置為區(qū)域巡視道路中間；

（2）主要電氣設(shè)備區(qū)域：該區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)布置數(shù)量為20個(gè)，布置間距為5m，布置位置為電氣設(shè)備四周；

（3）空地區(qū)域：該區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)布置數(shù)量為10個(gè)，布置間距為7m，布置位置為垂直變電站圍墻方向；

（4）建筑物區(qū)域：該區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)布置數(shù)量為15個(gè)，布置間距為10 m，布置位置為建筑物周圍；

（5）植被區(qū)域：該區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)布置數(shù)量為10個(gè)，布置間距為5m，布置位置為垂直變電站圍墻方向。

上述過程完成了電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)的科學(xué)布置，為研究目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供支撐。

1.4電磁污染分布特性分析

在變電站電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量期間，環(huán)境濕度維持在55.7％ th水平，環(huán)境溫度維持在27℃-31℃范圍內(nèi)，大氣壓強(qiáng)為1014 kPa，非常適合電磁輻射強(qiáng)度的測(cè)量與電磁污染的檢測(cè)。與此同時(shí)，研究目標(biāo)——變電站運(yùn)行正常，負(fù)荷約為30萬kW。為了保障變電站電磁污染分布特性分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，在一個(gè)測(cè)量時(shí)間間隔中采樣5次，以5次測(cè)量結(jié)果的平均數(shù)值作為最終的電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果，以此為基礎(chǔ)，對(duì)電磁污染分布特性進(jìn)行深入的分析。

1.4.1配電區(qū)域電磁污染分布特性分析

通過測(cè)試獲得配電區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度見表1。

如表1數(shù)據(jù)所示，配電區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值范圍為5-50 uT。隨著測(cè)量點(diǎn)序號(hào)的增加，電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。其中，最大電磁輻射強(qiáng)度主要出現(xiàn)在配電區(qū)域的中間，往兩邊延伸電磁輻射強(qiáng)度逐漸降低。

1.4.2主要電氣設(shè)備區(qū)域電磁污染分布特性分析

通過測(cè)試獲得主要電氣設(shè)備區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度見表2。

如表2數(shù)據(jù)所示，一次設(shè)備（隔離開關(guān)、變壓器、避雷器、高壓斷路器、電容器、母線、電抗器）電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值范圍為20-49 uT。二次設(shè)備（繼電保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、直流設(shè)備、自動(dòng)裝置、計(jì)量裝置、自動(dòng)化設(shè)備）電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值范圍為10-17 uT。通過上述數(shù)據(jù)可知，一次設(shè)備電磁輻射強(qiáng)度明顯高于二次設(shè)備電磁輻射強(qiáng)度，主要是因?yàn)橐淮卧O(shè)備布局較為緊密，電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁場(chǎng)之間相互作用，使得電磁輻射強(qiáng)度疊加變大。

1.4.3空地區(qū)域電磁污染分布特性分析

通過測(cè)試獲得空地區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度見圖1。

如圖1所示，空地區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值范圍為3-30 uT。隨著測(cè)量點(diǎn)序號(hào)的增加，電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。這主要是因?yàn)殡S著測(cè)量點(diǎn)與變電站距離的增加，電磁輻射能量呈現(xiàn)逐漸衰減的現(xiàn)象，電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值也隨之減小。

1.4.4建筑物區(qū)域電磁污染分布特性分析

通過測(cè)試獲得建筑物區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度見表3。

如表3數(shù)據(jù)所示，建筑物區(qū)域電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值范圍為0.1-10 uT。前4個(gè)測(cè)量點(diǎn)位于建筑物側(cè)面，測(cè)量點(diǎn)呈現(xiàn)豎直排布，電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值相差不大，表明縱向距離不會(huì)對(duì)電磁輻射強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響。測(cè)量點(diǎn)5-15垂直變電站圍墻方向，隨著測(cè)量點(diǎn)序號(hào)的增加，電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，其與建筑物與變電站距離有著緊密的聯(lián)系，即建筑物與變電站距離越大，則電磁輻射強(qiáng)度數(shù)值越小。

2變電站電磁污染防控措施制定

2.1電磁污染防控法律體系完善

中國關(guān)于電磁污染防控方面的法律體系較為缺乏，是影響電磁污染防控效果的關(guān)鍵因素之一。因此，需要對(duì)電磁污染防控法律體系進(jìn)行完善，具體措施如下：

一是制定專項(xiàng)電磁污染防控法律體系，對(duì)相關(guān)條例與規(guī)則進(jìn)行詳細(xì)與周到的規(guī)定，使得電磁污染防控有法可依，發(fā)揮較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)可操作性。

二是確定電磁污染的民事責(zé)任，對(duì)于造成電磁污染的變電站進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，對(duì)電磁污染程度進(jìn)行精準(zhǔn)地測(cè)量，確定變電站需要承擔(dān)的民事賠償責(zé)任。

三是建立統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)體系。中國現(xiàn)存電磁污染標(biāo)準(zhǔn)并不一致，甚至存在自相矛盾的地方，使得變電站電磁污染防控沒有一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)，極大地降低了電磁污染防控效果。

2.2電磁污染防控技術(shù)合理應(yīng)用

電磁污染防控技術(shù)主要包括濾波技術(shù)、植物綠化技術(shù)、防護(hù)材料使用技術(shù)與個(gè)體防護(hù)技術(shù)。其中，濾波技術(shù)是現(xiàn)今抑制電磁干擾的有效手段之一，主要是對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，阻截電磁信號(hào)的通過；植物綠化技術(shù)主要是栽種具有電磁能量吸收作用的植被，增加電磁能量傳播衰減力度，防止周邊環(huán)境與人體受到電磁污染；防護(hù)材料使用技術(shù)主要是在建筑物、電氣設(shè)備等表面采用防護(hù)材料，以此來反射或者吸收電磁能量，降低電磁污染程度；個(gè)體防護(hù)技術(shù)主要是提高居民的自我保護(hù)意識(shí)，防止電磁污染對(duì)于人體健康的傷害。通過上述電磁污染防控技術(shù)的合理應(yīng)用，可以有效提升電磁污染防控效果。

2.3變電站電磁場(chǎng)有效屏蔽

變電站運(yùn)行過程中電磁場(chǎng)無法避免，電磁輻射也是必然存在的。因此，為了使電磁輻射強(qiáng)度低于周邊環(huán)境、人體所能承受的體量，需要安裝屏蔽設(shè)備，從源頭上阻礙電磁輻射的傳播。電磁屏蔽主要分為兩種模式，分別為被動(dòng)屏蔽與主動(dòng)屏蔽。前者主要是在變電站主要電氣設(shè)備周圍安裝金屬網(wǎng)，會(huì)產(chǎn)生與變電站電磁場(chǎng)相反的電磁場(chǎng)強(qiáng)，能夠有效削減電磁輻射強(qiáng)度；后者主要是采用有源設(shè)備自動(dòng)產(chǎn)生大小相同、方向相反的電磁場(chǎng)，從而達(dá)到電磁屏蔽的目的。

3結(jié)束語

中國電力能源需求量持續(xù)增加，變電站輸送電壓也隨之增加，產(chǎn)生的電磁輻射強(qiáng)度越來越大，對(duì)周圍環(huán)境、居民造成了極大的不利影響，故提出變電站電磁污染分布特性及防控措施研究，為變電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供有效的助力。選取某500 kV變電站為研究對(duì)象，使用EFA-300型電磁場(chǎng)強(qiáng)分析儀器進(jìn)行測(cè)試，按照檢測(cè)流程和布置的測(cè)量點(diǎn)獲取了電磁輻射強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果。分析發(fā)現(xiàn)，變電站配電區(qū)域的中心輻射強(qiáng)度高，周圍輻射強(qiáng)度較低；電氣設(shè)備區(qū)域一次設(shè)備周圍輻射較高，二次設(shè)備周圍輻射較低；空地、建筑和植被區(qū)域的輻射強(qiáng)度隨著距離增加逐漸減小。為防控變電站電磁污染問題，建議完善法律體系、合理應(yīng)用技術(shù)手段并采取有效的電磁場(chǎng)屏蔽措施，以促進(jìn)電磁污染治理工作的開展。