湖州长兴地区输变电工程工频电磁场影响分析探讨

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　　摘  要：随着输变电行业不断扩容建设，高压输电线路及变电站对环境电磁辐射影响逐渐增大，近年来公众环保意识日益增强，输变电工程带来的电磁环境问题也逐渐成为民众关注的焦点问题。文章选取湖州长兴地区作为研究对象，通过对输变电线路、变电站周围的电磁场监测及理论预测，了解分析输变电工程对环境的具体贡献值。
　　关键词：输变电;工频电磁场;电磁辐射环境影响
　　中图分类号：TM72         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）19-0077-02
　　Abstract： With the continuous expansion of power transmission and substation construction， the influence of high-voltage transmission lines and substations on environmental electromagnetic radiation is gradually increasing and public awareness of environmental protection has been increasing in recent years; therefore， the problem of electromagnetic environment caused by power transmission and transformation projects has gradually become the focus of public concern. Based on the monitoring and theoretical prediction of the electromagnetic field around the transmission line and substation， the contribution of the transmission and transformation project to the environment is analyzed.
　　Keywords： transmission and transformation; power frequency electromagnetic field; electromagnetic radiation environmental impact
　　1 概述
　　随着社会经济和电力行业的发展，社会用电的需求越来越大，输变电行业不断扩容建设，高压输变电线路和变电站所带来的电磁场称为工频电磁场。工频电场和工频磁场是控制输变电线路走廊的重要参数，输变电工程带来的电磁环境问题也逐渐成为民众关注的焦点问题。本文选取湖州长兴地区作为研究对象，通过对输变电线路、变电站周围的电磁场监测及理论预测，了解分析输变电工程对环境的具体贡献值。
　　2 分析方法及调查范围
　　本文采取理论预测与实际调查测量的方法，分析湖州市长兴县辖区内的输变电线路的电磁环境影响，理论预测部分选取220kV双回路输电线路作为研究对象。实际调查测量范围包括3座110kV变电站，11条220kV输电线路，15条110kV输电线路，涵盖了长兴绝大部分地区。在2019年7月～2019年11月期间，对本次调查研究变电站及输电线路周围的民房、住宅、办公场所等环境保护目标进行工频电磁场监测。调查范围包括110kV变电站站界外30m范围内;220kV架空输电线路边导线地面投影外两侧各40m的带状区域;110kV架空输电线路边导线地面投影外两侧各30m的带状区域;电缆管廊两侧边缘各外延5m（水平距离）。监测满足《交流输变电工程电磁环境检测方法（试行）》（HJ 681-2013）的相关方法及要求，并且检测期间无论是输电线路还是变电站都运行正常。
　　3 工频电场强度
　　3.1 理论预测
　　按照HJ/T-1998《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》附录中推荐的相关模式来进行工频电场实际强度的计算。首先，通过惊吓法来进行送电线等效电荷的计算，然后再通过等效电荷来进行高压线路下空间工频电场强度的计算。
　　多导线线路中导线上的等效电荷可由下列矩阵方程计算得出：
　　式中：[U]：各导线对地电压的单列矩阵，从环境保护考虑以额定电压的1.05倍作为计算电压;[Q]：各导线上等效电荷的单列矩阵;[λ]：各导线的电位系数组成的n阶方阵（n为导线数目）。
　　空间任意一点的电场强度可根据迭加原理计算得出，在（x，y）点的电场强度分量Ex和Ey可表示为：
　　選择导线分裂距离为400mm的220kV双回路典型塔型进行理论预测，若是导线最大弧垂高度是离地面6.5m，那么逆向序列导线所产生最大工频电场强度则是6.914kV/m;若是离线路中心位置距离为15m，若是导线最大弧垂离地面的距离是9m，那么最大工频电场的强度则是3.5kV/m;若是离线路中心位置距离为十五米，若是导线最大弧垂离地面的距离是9m，那么最大工频电场的强度则是3.721kV/m。
　　3.2 实际测量结果
　　本研究对长兴地区工频电场强度共测得247组监测数据，监测值最低为0.134V/m，监测值最高为2171V/m，对监测数据分段统计见图1。
　　从图1看出，监测值处于0.2～0.5kV/m的监测点位最多，占比26%，监测值处于0.02～0.5kV/m的监测点位占比达到76.1%，因此可认为，长兴地区的民房、住宅、办公场所等环境保护目标工频电场强度普遍处于0.02～0.5kV/m范围内，未发现高于4kV/m的监测点。 　　4 工频磁感应强度
　　4.1 理论预测
　　按照HJ/T-1998《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》附录中推荐的相关模式来进行工频磁感应强度的计算，因为工频情况下，电磁场可能是准静态的，线路磁场产生的原因是电流，在空间任何一点中，输电线路出现的工频磁场都能够根据安培定律，根据矢量叠加的原理来计算。在空间任何一点中，输电线路出现的工频磁场感应强度公式如下：
　　式中：B：磁感应强度，T;H：磁场强度，A/m;μ0：真空中的磁导率（μ=4π×10-7A/m）;I：導线i中的电流值，A;r：第i相导线至计算点处的直接距离，m。
　　按照以上方法，选择导线分裂距离为400mm的220kV双回路典型塔型进行理论预测，当导线最大弧垂处离地高度为6.5m时，那么线路最大工频磁感应强度则是7.137×10-3mT，出现在距线路中心15m处;若是导线最大弧垂离地面的高度是7.5m，那么线路最大工频磁感应强度则是6.263×10-3mT，出现在距线路中心15m处;若是导线最大弧垂离地面的高度是7.5m，那么线路最大工频磁感应强度则是5.376×10-3mT，出现在距线路中心14m的位置。
　　4.2 实际测量结果
　　本研究对长兴地区工频磁感应强度共测得247组监测数据，监测值最低为0.005？滋T，监测值最高为6.27？滋T，对监测数据分段统计见图2。
　　从图2及监测数据看出，监测值处于0.1～0.5？滋T的监测点位最多，占比27.9%，监测值处于0.005～5？滋T的监测点位占比达99.6%，因此可认为，长兴地区的民房、住宅、办公场所等环境保护目标工频电场强度普遍处于0.005～5？滋T范围内，未发现高于100？滋T的监测点。
　　5 结论分析
　　《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）要求频率为50Hz输变电线路，公众曝露控制限值电场强度4000V/m、磁感应强度100？滋T，长兴地区线路沿线环境保护目标处工频电场强度为（3.8×10-3～4.0×10-3）kV/m，工频磁感应强度为（0.032×10-3～0.036×10-3）mT，与理论计算结论吻合，均满足《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）要求。并且根据理论分析结果，新建220kV及以下电压等级线路的在满足电力设施保护要求的情况下，工频磁感应强度基本都能满足标准要求，但是新建线路经过居民区附近时，以及220kV同塔双回路逆相序排列、铁塔架设，导线最大弧垂处对地高度不小于9.0m时，线路运行产生的工频电场强度才能够充分满足相应的标准要求。
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