換流站直流配電裝置區(qū)電磁環(huán)境分析

劉跟生，鞏泉泉，江 紅，竇丹丹

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

在直流輸電系統(tǒng)中，為了完成將交流電變換為直流電或者將直流電變換為交流電，建設(shè)換流站。換流站內(nèi)按照功能區(qū)可劃分為直流配電裝置區(qū)、閥廳、交流濾波場(chǎng)區(qū)、交流配電區(qū)等區(qū)域。在直流配電裝置區(qū)域內(nèi)存在直流合成場(chǎng)強(qiáng)、直流磁場(chǎng)和離子流等電磁環(huán)境因素，可能會(huì)對(duì)換流站作業(yè)人員造成健康危害。迄今未見±660 kV 換流站內(nèi)直流配電裝置區(qū)電磁環(huán)境的研究報(bào)道。選取某±660 kV 換流站，對(duì)其直流配電裝置區(qū)的直流合成場(chǎng)強(qiáng)、直流磁場(chǎng)和離子流密度進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，了解直流配電裝置區(qū)電磁環(huán)境現(xiàn)狀，分析直流配電裝置區(qū)電磁環(huán)境對(duì)作業(yè)人員的影響。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

選擇±660 kV 換流站的直流配電裝置區(qū)為研究對(duì)象，直流配電裝置區(qū)內(nèi)有極母線、接地極出線、平波電抗器、直流濾波器、中性線沖擊電抗器、中性線沖擊電容器、避雷器等設(shè)備，其中極母線高為15 m，中性母線高為7.2 m，極母線與平波電抗器連接處高13.5 m，極母線出線高19.5 m。

1.2 監(jiān)測(cè)儀器

監(jiān)測(cè)儀器選用意大利里氏公司（LSI-Lastem）高壓直流環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，場(chǎng)磨采用1 m×1 m 的金屬板作為接地參考平面，采用1 m×1 m 平板式雙面金屬板（威爾森平板）收集電荷電流，經(jīng)校準(zhǔn)合格，場(chǎng)磨和威爾森平板各10 套。

1.3 監(jiān)測(cè)方法

檢測(cè)方法參考DL／T 1089—2008《直流換流站與線路合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度測(cè)試方法》，場(chǎng)磨和威爾森平板放置于地面進(jìn)行測(cè)量，直流磁場(chǎng)測(cè)定1.5 m 高處強(qiáng)度，儀器自動(dòng)記錄，記錄間隔為30 s，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)不少于100 個(gè)，多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量。

檢測(cè)時(shí)天氣晴好，溫度21.2～29.3 ℃，濕度48.1%～57.2%，風(fēng)速0.5～2 m／s；檢測(cè)時(shí)極I 電壓為628 kV，電流為3 023 A，極Ⅱ電壓為-631 kV，電流為3 024 A。

直流配電裝置區(qū)的各通道每5 m 布置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，兩側(cè)道路每10 m 布置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)時(shí)同時(shí)記錄測(cè)點(diǎn)附近的設(shè)備名稱。

以直流配電裝置區(qū)的東南角為原點(diǎn)，南北方向設(shè)為X 軸，東西方向設(shè)為Y 軸，其監(jiān)測(cè)布點(diǎn)見圖1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

地面合成場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量數(shù)據(jù)按測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)按絕對(duì)值大小排序，求得的數(shù)據(jù)中95%不超過的值為最大值，80%不超過的值為80%值，50%不超過的值為平均值。

離子流密度測(cè)量數(shù)據(jù)按測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，以90%值作為評(píng)價(jià)值。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 合成場(chǎng)強(qiáng)

在±660 kV 換流站的直流配電裝置區(qū)共設(shè)置196 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位，經(jīng)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，獲得各檢測(cè)點(diǎn)直流合成場(chǎng)強(qiáng)最大值、80%值和平均值。

其中具體檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布情況見表1，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以國際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）規(guī)定的25 kV／m 作為分析的臨界值，表1 分別列明了以最大值統(tǒng)計(jì)、以80%值統(tǒng)計(jì)以及以平均值統(tǒng)計(jì)時(shí)的數(shù)據(jù)分布情況。以最大值統(tǒng)計(jì)時(shí)，檢測(cè)結(jié)果絕對(duì)值超過25 kV／m 的作業(yè)點(diǎn)為15 個(gè)，以80%值統(tǒng)計(jì)時(shí)，檢測(cè)結(jié)果絕對(duì)值超過25 kV／m 的作業(yè)點(diǎn)為12 個(gè)，以平均值統(tǒng)計(jì)時(shí)，檢測(cè)結(jié)果絕對(duì)值超過25 kV／m 的作業(yè)點(diǎn)為8 個(gè)。以最大值統(tǒng)計(jì)時(shí)超標(biāo)的15 個(gè)作業(yè)點(diǎn)覆蓋了以其他兩種方式統(tǒng)計(jì)時(shí)的超標(biāo)作業(yè)點(diǎn)，因此上述15個(gè)作業(yè)點(diǎn)成為關(guān)注的重點(diǎn)。

直流合成場(chǎng)強(qiáng)以最大值統(tǒng)計(jì)時(shí)，合成場(chǎng)強(qiáng)平面分布和立體分布分別見圖2 和圖3。圖中，藍(lán)色區(qū)域表示合成場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度在區(qū)間（-∞，-25］內(nèi)，綠色區(qū)域表示在區(qū)間（-25，0］內(nèi)，黃色區(qū)域表示在區(qū)間（0，25）內(nèi)，紅色區(qū)域表示在區(qū)間［25，+∞）內(nèi)。結(jié)合圖2 和圖3 可知，直流合成場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度絕對(duì)值較大的作業(yè)點(diǎn)主要分布在極Ⅰ、Ⅱ極母線接地開關(guān)、極Ⅰ、Ⅱ極母線平波電抗器、極Ⅰ直流濾波器附近，其余區(qū)域的合成場(chǎng)強(qiáng)較低。

上述15 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果中，以最大值統(tǒng)計(jì)時(shí)，檢測(cè)結(jié)果的絕對(duì)絕超過30 kV／m 的檢測(cè)點(diǎn)有4個(gè)，最大值為36.0 kV／m，并且均未超過40 kV／m。

圖1 直流配電裝置區(qū)電磁環(huán)境檢測(cè)布點(diǎn)

表1 直流配電裝置區(qū)合成場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖2 直流配電裝置區(qū)合成場(chǎng)強(qiáng)平面分布（以最大值統(tǒng)計(jì)）

圖3 直流配電裝置區(qū)合成場(chǎng)強(qiáng)立體分布（以最大值統(tǒng)計(jì)）

表2 直流配電裝置區(qū)合成場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度較大檢測(cè)點(diǎn)分布

2.2 離子流密度

±660 kV 換流站的直流配電裝置區(qū)196 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的離子流密度均小于100 nA／m2，90%值的最大值為86.61 nA／m2，位于極Ⅱ直流濾波器和平波電抗器之間。

2.3 直流磁場(chǎng)

±660 kV 換流站的直流配電裝置區(qū)196 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的直流磁場(chǎng)均小于1 mT，最大值為0.76 mT，位于極I 直流中心線沖擊電抗器旁。

3 討論

我國職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中未對(duì)直流合成電場(chǎng)、離子流密度和直流磁場(chǎng)的職業(yè)接觸限值進(jìn)行規(guī)定。在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中僅DL／T 275—2012《±800 kV 特高壓直流換流站電磁環(huán)境限值》中有所規(guī)定，其中地面合成電場(chǎng)不超過30 kV／m，地面最大離子流密度不超過100 nA／m2，地面上方1.5 m 處的直流磁感應(yīng)強(qiáng)度不超過400 mT，并且標(biāo)準(zhǔn)中說明其適用于標(biāo)稱電壓為±800 kV 的特高壓直流換流站。

部分文獻(xiàn)［1-2］對(duì)直流電磁環(huán)境的限值結(jié)合對(duì)人體的可能影響做過綜述性的研究，其中美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)規(guī)定的直流合成場(chǎng)強(qiáng)限值為25 kV／m；加拿大規(guī)定的線下直流合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度限值分別為25 kV／m 和100 nA／m2；德國直流合成場(chǎng)強(qiáng)限值為40 kV／m，若每天暴露2 h，允許達(dá)60 kV／m；歐盟直流合成場(chǎng)強(qiáng)限值為42 kV／m，公眾曝露限值為60 kV／m。

世界衛(wèi)生組織（WHO）2006 年發(fā)布的《制訂以健康為基礎(chǔ)的電磁場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的框架》推薦采納國際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）及電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）制訂的標(biāo)準(zhǔn)［3-4］。其中ICNIRP 導(dǎo)則中有所規(guī)定，在頻率低于1 Hz 的靜電電場(chǎng)中，對(duì)大多數(shù)人因表面電荷而引起煩惱的感覺不會(huì)發(fā)生在25 kV／m 場(chǎng)強(qiáng)以下，磁場(chǎng)的公眾曝露限值為40 mT。中國電科院［5］做過此方面的基礎(chǔ)研究，研究表明在直流線路下人體的感受試驗(yàn)中，在地面電場(chǎng)強(qiáng)度小于30 kV／m 的位置，皮膚感覺不明顯。夏擁等［6］開展的研究顯示，在±500 kV 直流換流站內(nèi)開展帶電作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員裸露部位的局部最大直流場(chǎng)強(qiáng)不高于240 kV／m，屏蔽服內(nèi)直流最大場(chǎng)強(qiáng)不高于15 kV／m，并以此作為作業(yè)安全的判斷依據(jù)。

目前國內(nèi)外關(guān)于直流電場(chǎng)強(qiáng)度、離子流密度以及磁場(chǎng)對(duì)作業(yè)人員的健康影響水平和程度沒有明確的規(guī)定，從嚴(yán)格意義上來說，職業(yè)接觸限值需要根據(jù)有害因素對(duì)作業(yè)人員引起的不良反應(yīng)來制訂。結(jié)合不同國家的限值要求以及相關(guān)的研究成果，本換流站直流配電裝置區(qū)離子流密度和直流磁場(chǎng)均未超過相關(guān)的限值要求，但是直流合成場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度需要引起一定的重視，本換流站部分作業(yè)場(chǎng)所的直流合成場(chǎng)強(qiáng)超過了30 kV／m。

直流電氣設(shè)備的電場(chǎng)由帶電設(shè)備上電荷產(chǎn)生的場(chǎng)和電暈引起的空間電荷（離子）產(chǎn)生的場(chǎng)合成，空間電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生離子流，離子遇到對(duì)地絕緣體，將附著在該物體上使其帶電，可能引起人體的暫態(tài)電擊，每個(gè)作業(yè)人員的個(gè)體體質(zhì)不同，并且其作業(yè)攜帶的設(shè)備設(shè)施不同，可能對(duì)作業(yè)人員產(chǎn)生不同的影響，由于目前檢測(cè)點(diǎn)僅放置了檢測(cè)用設(shè)備，尚無法準(zhǔn)確預(yù)估作業(yè)人員不同作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的相關(guān)影響，出于對(duì)作業(yè)人員職業(yè)健康考慮，用人單位需要足夠重視。

4 結(jié)語

通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，本換流站直流配電裝置區(qū)部分作業(yè)點(diǎn)的直流合成場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度較高，主要包括極Ⅰ、Ⅱ極母線接地開關(guān)、極Ⅰ、Ⅱ極母線平波電抗器、極Ⅰ極直流濾波器等區(qū)域，作業(yè)人員在巡檢時(shí)可能會(huì)接觸上述作業(yè)場(chǎng)所。出于對(duì)作業(yè)人員職業(yè)健康考慮，用人單位可以結(jié)合工作實(shí)際對(duì)作業(yè)人員的巡視路線以及巡視時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，盡可能減少作業(yè)人員接觸上述作業(yè)點(diǎn)。若是條件允許可以采取其他更有效的措施進(jìn)行，例如，目前智能巡檢機(jī)器人已經(jīng)在不同類型的交流變電站推廣應(yīng)用，采用機(jī)器人巡視可以有效避免作業(yè)人員接觸高危害的作業(yè)點(diǎn)。另外，針對(duì)直流電場(chǎng)強(qiáng)度較高的作業(yè)點(diǎn)，可以采用望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)距離巡視的方式對(duì)需要巡視的設(shè)備進(jìn)行參數(shù)記錄及缺陷檢查。