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输电线路工频电磁场监测分析及防护措施研究

  2024-12-19    27  上传者:管理员

摘要:本文重点研究输电线路工频电磁场的监测分析及防护措施,从监测设备、监测环境、测量过程、测点布置四方面总结了其监测方法。并对输电线路工频电磁场的监测结果开展分析,基于工频电磁场的影响因素有针对性地提出了相应的控制措施,以期为输电线路的良好运行提供有效参考。

  • 关键词:
  • 工频电磁场
  • 电力传输
  • 监测分析
  • 输电线路
  • 高压输电线路
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高压输电线路作为电力传输的主要通道,其产生的工频电磁场对周边环境及居民健康可能带来的影响,已成为公众关注的焦点。在运行过程中,输电线路的电晕放电和火花放电会产生工频电磁场,超出相关标准时会引发电磁污染问题,威胁人体健康和周围的生态环境。因此,工频电磁场的环境影响评价及防护措施研究,对于确保电力系统的安全稳定运行、保护生态环境和维护公众健康具有重要意义。


1、工频电场及磁场的监测方法


1.1 监测设备

一般情况下,监测工频电场及磁场所需的设备包括电磁场强度测量仪、频谱分析仪、环境监测设备、无人机或机器人巡检设备等,其中电磁场强度测量仪用于测量输电线路周围工频电磁场的强度,灵敏度和分辨率较高,可准确捕捉电磁场的变化,并通过数值显提供测量结果;频谱分析仪用于分析电磁场的频谱特性,帮助工作人员掌握电磁场的频率分布情况,并判断异常频率成分,从而进行正确的电磁环境评估;环境监测设备用于监测输电线路周围的环境参数,如温度、湿度、风速等,以便于确认环境因素对电磁场分布的影响;无人机或机器人巡检设备主要用于在复杂地形和恶劣环境下难以接近或跨越的输电线路,需搭载电磁场测量设备进行巡检,以提高监测的效率和安全性。此外还需利用计算机和软件系统处理、分析监测数据,对电磁场数据进行可视化展示。本文选用的监测设备主要为纳达 EFA300 型低频电磁场分析仪,具备带通 / 带阻功能、主要污染源鉴别功能、标准限值计权测量功能、谐波测量分析功能等,其常规参数如表 1 所示。

表1 低频电磁场分析仪技术参数

1.2 监测环境

为了提高监测数据的准确度与可靠性,应把握相应的监测条件,控制好监测环境,具体要求如下所示。

1)监测点应避免受到其他电力线路的干扰,尤其是高压线路,以免其产生的较强电磁场影响目标输电线路电磁场测量的准确度,同时还要避免广播线路与通信线路的干扰。

2)用于监测的相关设备应提前进行调试和验收,保证其精度和稳定性达标,使其性能处于最佳状态,以准确捕捉、记录电磁场的变化情况。清理监测设备及其绝缘支撑物表面上的杂物,且干燥度要达标 [1]。

3)监测人员应进行专业培训,掌握监测设备的操作规范和数据记录方法,严格按照规定的步骤和流程进行操作,减少人为误差。监测时工作人员与设备的距离控制在 5m 左右,尽量消除人体对电场的影响。

4)避免在雷电、暴雨等极端天气条件下开展监测工作,以免电磁场发生波动,应尽量选择天气稳定的时间段,并在标准允许的环境温度和湿度下进行工作,获取更准确的数据,比如 EFA300 型低频电磁场分析仪的操作温度是 0 ~ 50℃,操作的相对湿度在 95% 以下,或不超过 29g/m3。

5)测量时关闭所有可能产生电磁干扰的便捷式设备,包括手机、平板电脑、无线耳机等,保证电磁场测量仪器的正常工作。

6)在正式监测前,还应对监测点的背景电磁场进行测量和记录,以便在后续环节对目标输电线路产生的电磁场与周围环境的电磁场进行有效区分,为输电线路的电磁场特性分析提供数据支持。

1.3 测点布置

测点的布置流程为:做好准备工作 - 选择起点 - 确定测点位置和间距 - 布置测点 - 记录相关信息 - 进行初步测量 - 完成布置并准备后续监测。测点应尽量选择布置在地势平坦、开阔的区域,远离树木、建筑物等遮挡物,监测探头与树木、建筑物等物体的距离必须在探头最大对角线的 2 倍以上,确保电磁场传播不受阻碍,能够真实反映输电线路周围的电磁场分布情况。若无法避开上述的固定性物体,应保证探头高度在固定性物体以上 [2]。根据输电线路的特性合理调整测点位置,比如单回输电线路的测点应以弧垂最低位置处中相导线对地投影点为起点。一般情况下,测点间距应控制在 5m 左右,以强化数据的连续性和代表性。在测量最大值、存在敏感点等特殊情况下,测点的间距应调整为0.5 ~ 1.0m。此外,测点的布置应便于操作和观测,使工作人员能够安全、方便地到达每个测点,并同时进行测量和记录工作。

1.4 测量过程

工频电场及磁场的监测过程主要包含五个环节,一是进行准备工作,检查低频电磁场分析仪机器探头是否处于满电状态,若不充足要充电,注意设备充电时不能插有探头,充电器必须首先与电源连接以后再将其接入主机。依照信号源、频率的特点选择合适的探头,并将其安装在设备上,探头插口的红点朝上,对准主机顶端插口垂直安装,拔出时拉出探头的金属外套;二是设备开机,打开设备电源,主机自动进行调零校准,其自检时间约为15s。确认主机否检测到探头的正确接入,以及机传输线的设置与所接传输线是否具备一致性;三是正式进行测量,合理选择采样时间和记录时间,先测量探头离地面的距离,并选择相应的 X、Y、Z 轴方向,然后测量探头的各方向 [3]。在每个测量点连续检测5 次,每次所用的时间控制在 1s 以上,读取稳定状态的最大值,并做好数据记录,在敏感点检测时应适当提高其密度,在草图中进行特别标注。监测期间若存在测量读数起伏较大的情况,可每隔 1min 读一个数,取 5min 的平均值;四是在测量结束后关掉设备,注意先关掉主机电源,再取出探头;最后将测量数据导入到计算机中进行处理与分析。监测过程中,应使仪器与地面保持垂直状态,避免多次移动或触碰,提高测量精度。


2、输电线路工频电磁场监测结果分析


2.1 220kV 输电线路工频电磁场监测结果分析以某变电站的两条 220kV 输电线路为例,线路均为单回回路,最大弧垂分别为 25、14.3m,监测时天气晴朗,环境温度为 3℃,环境湿度为 41%,分别测量其电场强度和磁感应强度,发现两条输电线路的电场强度均在 2kV/m 以下,磁感应强度均在0.5μT 以下,与标准限值相比较小。其中最大弧垂为 25m 的线路,其电场强度和磁感应强度均远低于弧垂为 14.3m 的线路。在测点距离中心导线对地投影点距离逐渐从 0 提升至 10m 的过程中,两条线路的电场强度变化不大,而磁感应强度则逐渐衰减,当距离超过 10m 后,电场强度略微降低,超过 15m 后,磁感应强度衰减速度与幅度都大幅降低。

2.2 110kV 输电线路工频电磁场监测结果分析

以某变电站的4 条 110kV 输电线路为例,线路均为双回回路,其设计参数与监测条件。分别测量其电场强度和磁感应强度,发现两条输电线路的电场强度均在 4kV/m 以下,磁感应强度均在 0.1μT 以下。在测点距离中心导线对地投影点距离的变化过程中,四条 110kV 输电线路的变化规律与上文中的220kV 输电线路相似。


3、输电线路工频电磁场的影响因素及控制措施


3.1 输电线路工频电磁场的影响因素

在监测过程中,存在较多影响因素使电磁场的强度与分布方式发生改变,本文主要从导线对地高度、导线布置方式、导线参数、相间距离、导线相序五方面展开分析,具体情况如下所示。

1)导线对地高度与电磁场强度为反比关系,即导线对地高度越高,电磁场强度越小,主要原因是当高度不断增加时,场强会减弱,因此可通过抬高相导线架设高度等方式控制电磁场对周围环境的影响 [4]。

2)导线的布置方式包括如单回、双回或多回等,对电磁场分布有显著影响。多回线路的导线数量较多,其电磁场强度一般比单回线路更高,且导线布置的紧凑程度越高,电磁场在某些区域会存在叠加情况,从而使场强增强。三角形排列的导线比水平排列的场强更大。

3)导线的参数主要包括导线半径、材料种类、电流等,计算工频电场强度时,需应用等效电荷法,因此导线半径越大,其强度也会随之增大。

4)相间距离是指输电线路中各相导线之间的水平与垂直距离,相间距离与电磁场的强度为正比关系,也就会说,相间距离越大,工频电场的强度也会升高,在设计输电线路时,需合理设置相间距离,以平衡电磁场分布和工程经济性。

5)导线相序是指输电线路中各相导线的排列顺序,就同塔双回和多回线路来看,不同的相序可能导致电磁场在空间分布上存在差异性,且逆相序排列要比同相序排列的影响更大,在特定情况下,调整相序可实现对电磁场分布的优化。

3.2 输电线路工频电磁场的防护措施

为了控制输电线路对环境和公众健康的电磁辐射影响,必须依照行业技术标准开展建设项目,综合考虑电磁场强度、环境因素、经济成本等因素,采取有效的防护措施,在维护生态安全的同时,着力推动电力行业的健康发展。首先应优化线路设计,把握线路走向、导线布置方式、导线对地高度等要素,以减小电磁场强度。也可以在高压输电线路下方架设等级较低的输电线路,实现相互屏蔽,利用输电线路产生的电场叠加原理,有效降低场强;其次应加强屏蔽力度,在变电站四周设置钢筋混凝土围墙、钢丝网等,并种植树木形成隔离带,在控制场强的同时达到降低噪音的效果;再次输电线路应远离居民区、学校、医院等人口密集或对电磁场敏感的区域,削弱电磁场对人们的潜在影响,保护公众的健康和安全。工作人员在巡查时也要注意个人防护,配备防护服、专用护目镜等用具,并尽量减少作业时间和非作业停留时间;最后要实行定期监测,帮助相关部门更好地掌握电磁场的分布和变化情况,及时发现异常问题,以便于采取有针对性的措施进行调整和优化。


4、结语


综上所述,为了充分发挥输电线路工频电磁场监测分析及防护的应用价值,应掌握不同电压等级输电线路工频电磁场衰减规律,基于其分布特性和影响因素,实行有针对性的防护策略,同时要满足环保法规和技术标准的相关要求,在保证生态环境不受影响的基础上,构建安全、健康的电力环境。


参考文献:

[1]徐国勇 , 林欣琪 , 赖明珍,等 . 某背靠背换流站不同负荷状态下工频电磁场检测分析 [J]. 中国工业医学杂志 ,2023,36(5):436-438.

[2]曹生宁 , 李文波 , 王伟国,等 . 交流电磁场检测技术现场应用的影响因素 [J].无损检测 ,2023,45(10):71-77.

[3]王雪倩 ,聂一雄 ,李哲,等 .基于工频磁场的电缆路径定位及其影响因素分析 [J].电力科学与技术学报 ,2023,38(2):96-104.

[4]江进波 ,沈骏峰 ,黄国良,等 .220kV 输电线路工频电磁场计算与分析 [J].科学技术与工程 ,2022,22(31):13787-13793.


文章来源:朱金来.输电线路工频电磁场监测分析及防护措施研究[J].黑龙江环境通报,2024,37(12):77-79.

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出版地方:辽宁

专业分类:医学

国际刊号:1002-221X

国内刊号:21-1267/R

邮发代号:8-215

创刊时间:1988年

发行周期:双月刊

期刊开本:大16开

见刊时间:7-9个月

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