輸變電工程電磁輻射防護金屬屏蔽網防護效果分析

顏琳 吳惠體 黃慧

（廣西壯族自治區輻射環境監督管理站 廣西南寧 530222）

0 引言

輸變電工程是我國能源供給的基礎設施，隨著我國工業、經濟的不斷發展，各區域用電需求不斷擴大，電力已然成為現代生活的必需品。隨著我國交流輸變電建設項目的建設規模不斷擴大，輸變電項目與公眾活動區域的距離不斷拉近，公眾對輸變電項目周圍的電磁輻射也變得敏感起來，輸變電項目環境敏感目標的超標問題則需要因地制宜地找到更加有效的解決方式。

廣西境內500 kV 電網依托南方電網“西電東送”大通道，以南部沿海煤電基地和紅水河流域水電基地為支撐，形成“四橫兩縱”的網架格局。截至2017 年，廣西500 kV 變電站在全區各設區市實現了全覆蓋，500 kV和220 kV 變電站形成多環網絡結構通過輸電線路延伸到各設區市［1］。截至2022 年，廣西共有35 kV 及以上變電站2000 多座，35 kV 及以上線路10 萬km。我們在實際監測與監管過程中，發現有部分輸變電項目存在超標的問題，建設單位也針對超標問題采取了很多有效的防護措施，其中安裝金屬屏蔽網非常經濟有效。

1 高壓交流輸變電電磁輻射及其環境標準

1.1 高壓交流輸變電電磁輻射原理

電磁輻射從廣義上來說是指能量以電磁波或光量子形式發射到空間的現象，包含著“電離輻射”和“非電離輻射”。根據頻率范圍的不同，可以分成低頻電磁波、無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X 射線和γ 射線等［2］。

我國高壓交流輸變電工程在工作過程中產生的輻射由于其工作頻率為50 Hz，故屬于低頻電磁輻射，其“大小”通過電場強度和磁場強度來衡量。對交流輸變電工程開展電磁環境監測時，工頻電場強度和工頻磁場強度的測值就成為工程是否達標的依據。工頻電場是指電量隨時間作50 Hz 周期變化的電荷產生的電場；工頻磁場是指隨時間作50 Hz 周期變化的電流產生的磁場。

1.2 我國高壓交流輸變電電磁環境標準

在生態環境領域，我們主要依據的標準是《電磁環境控制限值》（GB 8702—2014）。該標準，由原國家環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局于1988 年聯合發布，旨在為了加強電磁環境管理，保障公眾健康，并在2014 年9 月23 日發布第一次修訂版，該標準規定了電磁環境中頻率范圍在1 Hz～300 GHz 電場強度、磁場強度、磁感應強度以及等效平面波功率密度的公眾曝露控制限值。

涉及高壓交流輸變電工程的具體限值如下：工頻電場強度控制限值為4 000 V/m，工頻磁感應強度控制限值為100 μT；對于架空輸電線路線下的耕地、園地、牧草地、畜禽飼養地、養殖水面、道路等場所，其頻率50 Hz的電場強度控制限值為10 kV/m，而且應相應給出警示和明顯的防護指示標志［4］。

1.3 高壓交流輸變電電磁環境測量方法

有了相應的標準，監測技術也有相應的規范。在生態環境領域，我國目前高壓交流輸變電的監測方法主要依據《環境影響評價技術導則 輸變電》（HJ 24—2020）及《交流輸變電工程電磁環境監測方法（試行）》（HJ 681—2013）。

對交流輸變電項目的變電站、輸電線路監測點位的布設都有相應要求，通過規范、科學合理地監測布點，測量工頻電場與工頻磁場以便全面科學地評價變電站和輸電線路周圍的電磁環境。

1.3.1 變電站監測點位布設

變電站監測點位的布設包括站界和斷面。站界顧名思義就是變電站的邊界，站界的監測點選擇在遠離進出線的圍墻外5 m 處，斷面的監測則以站界最大測值處為起點，垂直于圍墻方向上，監測點位間隔5 m，順序測至50 m 處［5］。結合站界和斷面的監測，我們對變電站周圍區域電磁環境有了更加全面的了解。

1.3.2 輸電線路監測點位布設

交流輸電線路通常分為架空線路和地下線纜。開展架空輸電線路的斷面監測時，規范要求監測布點路徑應選擇在相鄰的2 座桿塔之間且導線弧垂最低位置垂直于導線的方向上。單回線路和同塔多回線路的監測起點稍有不同，單回線路的監測以導線弧垂最低位置處中相導線對地投影點為起點；同塔多回線路以弧垂最低位置處檔距對應兩桿塔中央連線對地投影為起點，通常每隔5 m 設置1 個監測點位，順序測量到環境影響評價范圍或邊導線對地投影外的50 m 處。在測量到工頻電磁場最大的位置時，2 個相鄰監測點的距離應≤1 m［5］。

測量地下輸電電纜的斷面時，應以地下輸電電纜線路中心正上方的地面為起點，沿著垂直于線路方向順序測量，每隔監測點位間隔1 m，測至電纜管廊邊緣外5 m 處［5］。

若輸電線路不是對稱分布的，線路的斷面監測應在線路兩側均布設監測點位。若是在線路其他位置進行監測的，應記錄監測點與線路的相對位置關系和周圍環境情況。

1.3.3 敏感點監測點位布設

輸變電工程周圍的環境敏感目標點是我們重點關注的地方，對其進行監測必不可少。在開展環境敏感目標點的監測時，應選擇在建筑物靠近輸變電工程的一側，距離建筑物＞1 m 的位置布點。若進入到屋內或陽臺、平臺等地監測，則應離墻壁或其他固定物體1.5 m，或房間、陽臺、平臺的正中央［5］。

2 防護措施

輸變電工程運行時產生的工頻電磁場會對其周圍電磁環境造成影響，通過優化變電站的布置形式、采用同塔多回架設方式、優化導線的相序排列、提升導線對地高度、加裝電磁輻射防護屏蔽網等措施，都可以有效降低輸變電工程的工頻電磁場強度。

2.1 變電站防護措施

2.1.1 優化變電站的布置形式

變電站內的建筑物和輸電線路的電纜包層都能起到一定的屏蔽效果，在電壓等級相同的情況下，地下布置型、戶內型和半戶內型變電站站界的工頻電場強度明顯小于戶外型變電站。通過對多個110 kV、220 kV 變電站的現場監測，分析監測數據發現，在相同電壓等級條件下，主變容量及配電裝置也使用了相同的設置布局，采取室外方式布置比采取室內方式布置變電站對站界外電磁環境的影響更大［6-7］。因此在變電站選址設計階段，應充分考慮其周圍環境狀況，比如在城區居民居住密集的地方，建設變電站輸變電設施，應該盡量考慮到變電站對周圍居民的影響，合理選擇室內或室外布置形式。

2.1.2 抬高帶電構架及進出線高度

變電站內帶電構架及進出線產生的工頻電磁場與距離有直接關系，綜合考慮地形等因素，合理規劃變電站進出線的位置，抬高帶電構架及進出線高度，可以降低帶電構架和進出線對周圍電磁環境的影響［8］。

2.2 輸電線路防護措施

輸電線路的工頻電場強度、工頻磁感應強度等電磁參數的大小主要取決于導線相序排列方式、導線對地高度、距離、運行工況、濕度等。

2.2.1 選擇合理的導線排列方式

不同的導線排列方式會對輸變電工程周圍電磁環境產生不用的影響。綜合考慮輸變電桿塔類型以及輸電導線的相序因素，線路下方對電磁環境影響最小的導線排列方式是導線逆相序排列的豎塔。根據國內相關研究表明，橫塔周圍的電磁環境明顯高于豎塔，而在相同塔型條件下，導線同相序排列高于導線逆相序排列［9］。因此，在架設導線時，選擇合理的導線排列方式能夠有效的降低線路對周圍電磁環境的影響。

2.2.2 提升導線對地高度

提高導線的對地高度可以有效的減小線路對其周圍電磁環境的影響［10］，同樣也是輸電線路的防護措施之一，但當導線升至一定高度后，繼續提升高度，其對電磁環境的影響降低效果不明顯。在輸電線路設計時，充分考慮地形和經濟因素，合理抬高導線的對地高度。

2.2.3 架設金屬屏蔽網

架設金屬屏蔽網可以有效地降低線路環境敏感目標處的工頻電磁場強度，且屏蔽網的金屬絲越多屏蔽效果越好，但金屬絲的增加與工頻電磁場強度的降低并不成正比，且屏蔽網的安裝高度以及屏蔽網與輸電線路中心的距離也會對其屏蔽效果產生較大影響。當線路的架設已經最優化，比如導線已經架到了一定高度，也采用了同塔多回的架設方式，線路周圍環境敏感目標點仍然出現超標情況，敏感目標戶主無法拆遷離開，我們可以視情況架設金屬屏蔽網，通過架設金屬屏蔽網降低線路周圍環境敏感目標的工頻電磁場強度。以下將通過廣西3 處具體實例了解金屬屏蔽網的防治效果。

3 輸變電線路金屬屏蔽網的防治效果

3.1 金屬屏蔽網屏蔽原理

采用金屬屏蔽網是電磁屏蔽技術的一種，電磁屏蔽是以導電或導磁材料制成的屏蔽體將需要屏蔽的區域封閉起來，形成電磁隔離［12］。在輸變電工程中，我們通過電磁屏蔽，即架設金屬屏蔽網，將輸變電工程周圍的電磁環境與其環境敏感目標周圍的電磁環境隔離開來，形成各自單獨的區域，讓輸變電項目產生的電磁場無法進入到環境敏感目標區域，從而減小輸變電工程對周圍環境敏感目標的影響。

通過理論計算與分析，屏蔽網的高度、總面積和導體總長度等參數均會影響屏蔽網的屏蔽效能，金屬屏蔽體用量是決定屏蔽效能的關鍵因素［13］。當輸變電工程環境敏感目標點出現超標問題時，我們可以通過設計規劃，選擇合理的架設高度、金屬絲的數量，從而經濟有效的解決超標問題。

3.2 輸變電項目與金屬屏蔽網建設情況

本文以廣西區內某輸變電項目500 kV 線路工程3處電磁環境敏感目標為例，這3 處環境敏感目標通過采取金屬屏蔽網措施以降低輸電線路對周圍電磁環境的影響。該工程于2018 年8 月開展自主驗收，在驗收時，通過現場監測發現欽州市欽南區久隆鎮白鶴村某居民家、欽州市欽北區長灘鎮古勉村某居民家、南寧市邕寧區那塘坡某居民家等3 處環境敏感目標2 樓頂處的電磁監測結果超標，3 處環境敏感目標與本工程相對位置關系見表1。

表1 3 處電磁環境敏感目標與該工程相對位置關系

對超標的點位經過分析設計，輸變電業主單位決定對3 處超標的電磁環境敏感目標采取加裝金屬屏蔽網的環保措施，屏蔽網架設在線路與環境敏感目標之間，主要部件為兩根金屬立柱，上面連接2 根金屬線纜，地下埋有金屬線纜。屏蔽網見圖1 和圖2。

圖1 欽州市欽南區久隆鎮白鶴村某居民家屏蔽網

圖2 南寧市邕寧區那塘坡某居民家屏蔽網

3.3 金屬屏蔽網安裝效果

在加裝了金屬屏蔽網后，監測單位對3 處電磁環境敏感目標開展多次監測。監測時段內，監測環境條件相近，線路的運行負荷相當，監測結果對比見表2。

表2 3 處電磁環境敏感目標安裝金屬屏蔽網前后監測結果對比表

在表2 中可以看出，在安裝金屬屏蔽網之前3 個環境敏感點的監測點位工頻電場強度監測值均已超標；在安裝金屬屏蔽網之后，白鶴村某居民家測值由5.517 kV/m 下降到3.607 kV/m，古勉村某居民家測值由6.564 kV/m 下降到3.896 kV/m，那塘坡某居民家測值由4.405 kV/m 下降到3.591 kV/m；3 處環境敏感點的工頻電場強度和工頻磁感應強度測值均能滿足 《電磁環境控制限值》（GB 8702—2014）的公眾曝露控制限值要求。

4 結論

（1）某輸變電工程500 kV 輸電線路，3 處環境敏感目標在驗收監測時發現有電磁環境超標問題，在采取了金屬屏蔽網措施后，工頻電場強度監測結果大幅減小，最終達到《電磁環境控制限值》（GB 8702—2014）規定的4 000 V/m 公眾曝露控制限值的要求。

（2）金屬屏蔽網設施簡單，建設成本低，通過安裝前后的對比監測顯示其屏蔽效果好，對線路周圍不能拆遷的居民點起到了良好的保護作用。但受到距離等因素的限制，在選擇電磁環境防護措施時應從實際出發，因地制宜，選取最優的防護方案，從而保障輸變電線路的順利運行，促進經濟與生態環境的和諧發展。