嵌入式附建變電站電磁輻射實(shí)測分析*

楊 紅

嵌入式附建變電站電磁輻射實(shí)測分析*

楊 紅

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 深圳 518055）

文章分析了變電站電磁輻射的傳播特性，對比研究國內(nèi)外多種用電設(shè)備和作業(yè)環(huán)境的電磁輻射的標(biāo)準(zhǔn)，對一種新型的嵌入式附建變電站內(nèi)部和室外電磁輻射進(jìn)行現(xiàn)場檢測：實(shí)際測點(diǎn)處的電場強(qiáng)度是國家標(biāo)準(zhǔn)值的2.3/10000～5.8/10000；磁場強(qiáng)度范圍是國家標(biāo)準(zhǔn)值的0.01/100～1.47/100，結(jié)果顯示，不管是在附建變電站內(nèi)部還是外部，電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度都遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)限值，是安全的．

附建變電站；電磁輻射；電場強(qiáng)度；磁場強(qiáng)度；測試

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市能源特別是電能需求越來越大．伴隨電力輸送與使用，輸電線路、變電設(shè)備和用電設(shè)施周圍的感應(yīng)電場和磁場，是否會(huì)對人體健康產(chǎn)生影響，成為居民關(guān)心的問題．變電站等設(shè)施距離居民區(qū)越近，供電效率越高，但是居民對電磁輻射的擔(dān)憂也越來越大．研究[1-3]表明，戶內(nèi)型變電站對周圍電磁環(huán)境的影響要明顯小于戶外型變電站（架空進(jìn)線）．嵌入式附建式變電站是一種新型的變電站形式，無需獨(dú)立占地，可以有效節(jié)約土地，滿足建筑密集的城市中心區(qū)建筑用電．但是這類變電站與居民或辦公樓距離更近，在人員活動(dòng)區(qū)域其電磁輻射是否能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，本文將進(jìn)行分析并通過實(shí)際項(xiàng)目實(shí)測，給出量化的結(jié)果．

1 變電站電磁輻射及環(huán)境影響

嵌入式附建變電站是將獨(dú)立占地變電站的主控樓作為一個(gè)模塊附建在民用建筑主體中．受限于電力設(shè)備制造技術(shù)，目前最適合附建的主要是110 kV變電站．

1.1 變電站內(nèi)主要的電磁輻射源

嵌入式附建式變電站圍護(hù)結(jié)構(gòu)四周都是帶有鋼筋網(wǎng)的混凝土墻體，對磁場的有屏蔽作用．更由于嵌入式變電站通常位于建筑的底層，混凝土結(jié)構(gòu)較厚，鋼筋網(wǎng)的密度較大，理論上對電磁輻射的屏蔽效果更好．

嵌入式附建變電站內(nèi)的主要設(shè)備有主變壓器、GIS設(shè)備、開關(guān)柜、無功補(bǔ)償電容器以及各電壓等級的導(dǎo)體，這些設(shè)備都是變電站電磁輻射源．

嵌入式變電站的進(jìn)出線，均采用電纜溝敷設(shè)的方式，可以減少空間電場強(qiáng)度；同時(shí)電纜溝的頂部、溝蓋板和保護(hù)管都對電磁輻射有較強(qiáng)的屏蔽作用，降低電纜所產(chǎn)生的電磁輻射．所以站內(nèi)最嚴(yán)重的輻射源即主變壓器．

1.2 電磁輻射的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)

電磁污染被認(rèn)為是排在大氣、水、噪聲之后又一種污染，聯(lián)合國環(huán)境大會(huì)將其列為必須控制的主要污染物之一[4]．世界衛(wèi)生組織將交流輸變電設(shè)施產(chǎn)生的“電磁輻射”定義為“工頻電場”和“工頻磁場”．

《作業(yè)場所工頻電場衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB16203-1996[5]規(guī)定，作業(yè)場所工頻電場8 h最高容許量為5 kV/m，其適用對象是交流輸電系統(tǒng)中接觸電場的電力作業(yè)人員及帶電作業(yè)人員．

《500 kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)規(guī)范》HJ/T24-1998[6]規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)主要針對500 kV超高壓送變電工程，但也可以用110、220和330 kV送變電站工程電磁輻射環(huán)境影響的評價(jià)．該標(biāo)準(zhǔn)推薦以4 kV/m作為居民區(qū)工頻電場評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，推薦工頻限值0.1 mT作為磁感應(yīng)強(qiáng)度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)．

對于工頻電磁場的場強(qiáng)參數(shù)限值，目前還沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)．為控制電場、磁場、電磁場所致公眾曝露，現(xiàn)行的《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）標(biāo)準(zhǔn)[7]適用于各種頻率電磁輻射環(huán)境中控制公眾曝露的評價(jià)和管理．根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的圖1和圖2可以得出在工頻50 Hz電磁環(huán)境中，公眾曝露電場強(qiáng)度控制限值為4 kV/m，公眾曝露磁感應(yīng)強(qiáng)度控制限值為100 μT．

2 嵌入式附建變電站電磁輻射的實(shí)測分析

在城市的輸電系統(tǒng)中，存在著高壓輸電到低壓輸電的變電站，在變電過程中，會(huì)產(chǎn)生的電磁輻射，也就是居民比較擔(dān)心的問題．因?yàn)樽冸娬揪哂须妶?、磁場和電暈三種電磁場特性，能夠干擾無線電，對生態(tài)環(huán)境也會(huì)造成影響．針對嵌入式變電站的電磁輻射情況，我們針對深圳某110 kV變電站進(jìn)行了電磁輻射實(shí)際測試．

2.1 測試項(xiàng)目概況

深圳某變電站項(xiàng)目等級為110 kV，裝設(shè)3組63 kVA主變壓器．無功補(bǔ)償采用10 kV戶內(nèi)并聯(lián)補(bǔ)償電容組裝置．由于建筑密度高，變電站無法獨(dú)立建造，因此采用嵌入式附建變電站．

變電站設(shè)備布置采用戶內(nèi)型式，其中一層為10 kV成套開關(guān)柜雙列布置高壓配電室、所變及接地變室；夾層為休息間及資料室；二層為GIS室、主控制室等；地下為電纜層，主變壓器和電容器室內(nèi)布置，分設(shè)主變壓器室和電容器室．110 kV電纜進(jìn)線，主變與GIS聯(lián)接通過套管用鋼芯鋁絞線聯(lián)接．

首層的主變設(shè)備選用SF6氣體變壓器，10/20 kV電容器選用SVG動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，10/20 kV配電裝置室內(nèi)的主要電氣設(shè)備是金屬鎧裝移開式高壓開關(guān)柜，10/20 kV站用變、接地變均采用環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器；110/220 kV配電裝置室位于建筑二層，內(nèi)部的主要電氣設(shè)備是GIS組合電器，使用SF6作為絕緣氣體．

2.2 檢測方案和測點(diǎn)布置

檢測條件、設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)，均按照國家檢測標(biāo)準(zhǔn)《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則》中的有關(guān)要求，電磁環(huán)境監(jiān)測在每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，白天晴好天氣情況下檢測一次．工頻電場、磁感應(yīng)強(qiáng)度監(jiān)測儀器采用WP400工頻電磁場測試儀，頻率響應(yīng)為1 Hz～400 kHz，測量范圍為：電場0.01 V/m～120 kV/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度：5 nT～6 mT．

電磁輻射的監(jiān)測在無雨、無霧、無雪的好天氣下進(jìn)行．監(jiān)測時(shí)記錄變電站運(yùn)行工況、天氣狀況及氣象參數(shù)．現(xiàn)場監(jiān)測時(shí)的環(huán)境條件見表1．

電磁輻射環(huán)境的監(jiān)測一般采用畫網(wǎng)格布點(diǎn)的形式，將該區(qū)域劃分為若干個(gè)小的區(qū)域，并且在小區(qū)域中心布置監(jiān)測點(diǎn)，對該區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測．在進(jìn)行劃區(qū)布點(diǎn)的時(shí)候，要考慮到樹木及一些建筑物的遮擋作用，對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整．

在變電站內(nèi)圍繞三臺(tái)主變壓器周圍、主控室內(nèi)、GIS設(shè)備周邊進(jìn)行布點(diǎn)，采樣可采取1～3 m（關(guān)鍵設(shè)備）和3～5 m（周邊無關(guān)鍵設(shè)備）間隔采樣的方式，或者移動(dòng)測試儀表連續(xù)測試找最大值的方式進(jìn)行．對工作人員較長時(shí)間停留的位置重點(diǎn)監(jiān)測．根據(jù)變電站平面布置，在變電站圍墻四周，公眾能抵達(dá)的最近點(diǎn)進(jìn)行工頻電場、工頻磁場的測試，采樣方式采取間隔5 m采樣的方式進(jìn)行布點(diǎn)．

2.3 測試數(shù)據(jù)

嵌入式附建變電站主要設(shè)備的室內(nèi)電場和磁場強(qiáng)度的測試布點(diǎn)（圖1-3）和結(jié)果見表2～4．

對于工頻電磁輻射，屏蔽的作用相當(dāng)顯著．測試結(jié)果表明，GIS裝置對高壓母線輻射起到了很好的屏蔽作用．低壓10 kV母線在大多數(shù)場所都采用了封閉母線橋，裸露的部分已經(jīng)很少．封閉母線橋的金屬外殼也對母線的電磁場具有很好的屏蔽作用．

表1 測量時(shí)現(xiàn)場的天氣情況

表5列出了在距離設(shè)備房1～5 m外的電場和磁場強(qiáng)度的測試數(shù)結(jié)果．

表2 變電站一層10 kV GIS室測試結(jié)果

表3 三臺(tái)主變壓器1 m處電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度測試

注：2號(hào)和3號(hào)變壓器的磁場測點(diǎn)6位置在變壓器電纜處．

表4 主控室內(nèi)電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度測試

圖1 GIS室的10個(gè)測點(diǎn)布置

圖2 主變壓器的8個(gè)測點(diǎn)布置圖

圖3 主控室的6個(gè)測點(diǎn)布置

表5 主變室上空、主控室上空、GIS上空的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度

3 結(jié) 論

通過對建成的110kV嵌入式附建式變電站電磁輻射測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出如下結(jié)論：

1）實(shí)際測點(diǎn)處的電場強(qiáng)度范圍為0.91～2.34 V/m，是國家標(biāo)準(zhǔn)值4 kV/m的2.3/10000～ 5.8/10000；磁場強(qiáng)度范圍0.01～1.47 μT，是國家標(biāo)準(zhǔn)值100 μT的0.01/100～1.47/100．因此，不管是在變電站內(nèi)部還是外部，其電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度都是符合安全標(biāo)準(zhǔn)的．

2）主控室的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度較大，變壓器室磁場強(qiáng)度較大，但是均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求．GIS室因?yàn)椴捎脷怏w絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備GIS成套裝置，把母線、斷路器、CT、PT、隔離開關(guān)、避雷器都組合在一起，外部由金屬包圍，有效地屏蔽控制母線產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)度．所以，電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度均較低．

3）嵌入式變電站因?yàn)橛兴闹芙ㄖ炷林忻芗匿摻罹W(wǎng)屏蔽作用，因此相比于戶外變電站，其電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度均較低．

[1] 陳寶才，吳慧體，許明發(fā)．城區(qū)中全戶內(nèi)變電站電磁輻射環(huán)境影響分析研究[J]．環(huán)境科學(xué)與管理，2014，39（2）：182-184．

[2] 鄭絲雨，李錦林，何志輝．廣州市輸變電工程無線電干擾電磁輻射水平調(diào)查[J]．中國輻射衛(wèi)生，2010．

[3] 麻桂榮．高壓變電站周圍環(huán)境的電磁輻射監(jiān)測與分析[C]/2002全國電磁輻射環(huán)境學(xué)術(shù)會(huì)議論文集．北京，2002：64-67．

[4] 趙福祥，周楊，王文兵，等．城市變電站對電磁環(huán)境的影響探討[J]．電力科技與環(huán)保，2012，28（3）：11-12．

[5] GB16203-1996中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)場所工頻電場衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[6] HJ/T24-1998中華人民共和國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)規(guī)范[S]．

[7] GB8702-2014中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，電磁環(huán)境控制限值[S]．

Measurement and Analysis of Electromagnetic Radiation of Embedded Substation

YANG Hong

（）

The article analyzes the propagation characteristics of electromagnetic radiation in substations. It studies the standards of electromagnetic radiation in a variety of electrical equipment and operating environment at home and abroad. Through on-site detection of electromagnetic radiation inside and outside of a new type of embedded attached substation, the electric field strength at the actual measuring point is 2.3/10000～5.8/10000 of the national standard value; the magnetic field strength range is 0.01/100～1.47/100 of the national standard value. Therefore, whether it is inside or outside the attached substation, the electric field strength and magnetic field strength are far lower than the national standard limit, which is safe.

attached substation; electromagnetic radiation; electric field strength; magnetic field strength; test

X837

A

1672-0318（2021）05-0015-04

10.13899/j.cnki.szptxb.2021.05.003

2021-03-15

深圳市節(jié)能專家聯(lián)合會(huì)橫向研究項(xiàng)目（6017-26K211394991）．

楊紅，女，安徽人，博士，副教授，研究方向：電機(jī)電器及其控制．

（責(zé)任編輯：王璐）