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戶內變電站為調查對象，布點監測變電站設備區、配電區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工頻電磁場的影響，結果表明，設備區和配電區是變電站內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律不明顯；職業人員長期工作場所-主控室工頻電磁場值均很小，遠低于職業工作人員電磁場暴露限值標準，因此不會對職業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..

關鍵詞： 變電站；電磁場；設備區；配電區；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、維持電網安全運行和完善電網結構等方面發揮重要作用，然而，近年來新建的變電站常位于城區等人口稠密地區[1]，其運行時產生的電磁環境污染愈來愈受到人們的廣泛關注。

變電站按照電壓等級通?？煞譃?10kV、220kV和500kV，依據主變與配電裝置的布置通常可分為戶內型、戶外型和半戶內型。在現有的變電站中，絕大部分為110/220kV、戶內變電站[1]，因此，為了解變電站內部配電區和設備區工頻電磁場強度的分布特征和規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座典型戶內變電站，依據規范布點測定各區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境污染、職業工作人員和公眾的電磁場暴露情況提供建議與理論依據。

1 監測方法與測點布置

1.1 監測依據

變電站內工頻電場、工頻磁場的測點布置依據《電力行業勞動環境監測技術規范》（DL/T799.7-2010）；

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

上述各測點處均重復測量5次，取平均值作為監測結果。

1.2 監測儀器

Narda公司NBM550型工頻電磁場強度測量儀。

2 數據分析

采用Origin9.0和Excel 2013對數據繪圖和分析。

3 結果與討論

3.1 設備區工頻電磁場強度分布規律

變電站一般由設備區（主變、電容器、電抗器等）、配電區（開關室）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?？梢钥闯觯谥髯冸妶鰪姸戎校▓D1（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《 電力行業勞動環境監測技術規范 第7部分：工頻電場、磁場監測》（DLT 799.7-2010）中規定的職業工作人員工頻電場暴露限值5kV/m，但職業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，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系。

電容器和電抗器也是變電站內電磁場的主要來源，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系，這與于麗新等研究結果類似[3]。

3.2 配電區工頻電磁場分布特征

變電站中，開關室控制各電源設備開關，對用電的安全性發揮了重要作用。變電站中常見的高壓開關室（110kV）有GIS（Gas Insulator Switchgear）、AIS（Air Insulator Switchgear）和HIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear），本研究中，巖州變110kV開關室和鶴林變220kV開關室均為GIS布置，臺中變110kV開關室為AIS布置，由表1可以看出，巖州變110kV GIS開關室內工頻電場強度小于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開關室內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，這可能是因為開關室中斷路器均封閉在開關柜中，斷路器電場被金屬外殼屏蔽，但不同開關室工頻磁感應強度差異較大，最大值出現在巖州變10kV開關室，為4.101μT；最小值出現在臺中變10kV開關室，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臺中變構架母線下方工頻電場強度為187V/m，與220kV鶴林變構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。本研究監測結果表明，變電站構架母線下工頻電磁場強度均處于職業工作人員允許的暴露限值之內。

3.3 職業工作人員工作區域工頻電磁場暴露情況

主控室是變電站職業人員工作場所，由監測結果可知，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的職業暴露限值，因此，職業工作人員工作區域工頻電磁場暴露符合國家相應規范和標準，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。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，最大值出現在110kV巖州變東側圍墻，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）），最大值出現在220kV鶴林變西側圍墻處，為0.450μT，各變電站圍墻周圍工頻電磁場強度測值均在《電磁環境控制限值》（GB 8702-2014）中規定的公眾工頻電磁場暴露限值內（電場強度<4000V/m，工頻磁場<100μT）。

4 結論

①設備區和配電區是變電站內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律不明顯； ②職業人員長期工作場所主控室工頻電磁場強度值均很小，遠低于職業工作人員電磁場暴露限值標準，因此不會對職業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查[J].環境與職業醫學，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].環境科學與技術，2013（s1）：90-94.

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