电气化铁路电磁辐射环境影响分析及与防护措施

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1、电气化铁路电磁辐射环境影响分析及与防护措施截止到目前，我国已经有近30余个城市开展了城市轨道交通规划环境影响评价和建设项目环境影响评价。通过环境影响评价及技术评估工作的广泛开展，我国城市轨道交通行业环境影响评价从技术到管理水平快速提升，在振动、噪声等环境影响治理措施上取得了显著成效，有效控制和减缓了由于城市轨道交通建设和运营可能产生的环境问题。但是随着我国城市轨道交通建设快速发展，运营规模的不断扩大，针对轨道交通工程产生的振动、噪声、电磁等问题的环保投诉也与日俱增，尤以振动、噪声和电磁环境影响问题最为突出，备受各界公众关注。虽然近年来我国在城市轨道交通环境保护和环境评价方面开展了大量的研究，先

2、后出台环境影响评价技术导则 城市轨道交通、城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准等技术规范和标准，但由于我国城市轨道交通环境评价起步较晚，相关的评价标准、评价方法、指标体系等还有待于进一步完善。本节重点讨论城市轨道交通电磁辐射污染源,影响及防护措施.第一节 我国城市轨道交通发展的历程 朱军 我国城市轨道交通发展现状与对策建议 我国的城市轨道交通,经历了40多年的发展历程。总结发展过程,大致经历以下几个阶段:1)起步阶段 从20世纪50年代,我国开始筹备地铁建设,规划了北京地铁网络。19651976年建设了北京地铁一期工程(54)。当时地铁建设的指导思想更注重人防功能。随后

3、建设了天津地铁(7.1,现已拆除重建)、哈尔滨人防隧道等工程。2)开始建设阶段 20世纪80年代末至90年代初,由于城市规模限制及道路等基础设施比较薄弱,北京、上海、广州等特大城市的交通问题非常突出。以上海轨道交通1号线(21)、北京地铁复八线(13.6)和地铁一期工程改造、广州地铁1号线(18.5)等建设项目为标志,我国内地真正以城市交通为目的的地铁项目开始建设。台湾省台北市也于1997年3月开通了第一条地铁线路。3) 建设高潮开始阶段 进入20世纪90年代,随着上海、广州地铁项目的建设,一批城市包括沈阳、天津、南京、重庆、武汉、深圳、成都、青岛等开始计划建设轨道交通项目,并进行了大量的前期

4、工作。4) 调整阶段由于各大城市要求建设的地铁项目较多,且在建地铁项目的工程造价较高,1995年12月国务院发布国办60号文,暂停了地铁项目的审批,并要求做好发展规划和国产化工作。同时,国家计委开始研究制定城市轨道交通设备国产化政策。至1997年底,提出以深圳地铁1号线(19.5)、上海轨道交通3号线(24.5)和广州地铁2号线(23)作为国产化依托项目,并于1998年批复了上述三个项目的立项,从此城市轨道交通建设项目重新开始启动。5)建设高潮阶段 随着实施积极的财政政策以进一步扩大内需,国家于1999年开始陆续批准一批城市轨道交通项目开工建设。1999年以后,国家先后审批了深圳、上海、广州、

5、重庆、武汉等10个城市的轨道交通项目开工建设,并投入40亿元国债资金予以支持,目前包括北京、上海、广州在内,全国已建和在建轨道交通项目的城市有10个,新申请立项准备建设的城市有8个,建设速度大大超过前30年。2当前我国城市轨道交通发展的主要特点 1) 项目建设进展顺利,施工水平不断提高,工程造价有所控制自1998年以来,我国先后开工建设的21个轨道交通项目,线路里程约500,投资规模1700亿元。目前已有13条线路建成通车,完成里程约300,完成投资770亿元。加上北京、上海、广州已运营的线路,我国目前已经开通运营的轨道交通线路里程已达420(未含香港和台湾)。由于施工技术水平不断提高,市场竞

6、争比较充分,建设中采取规范的招投标程序,轨道交通工程造价水平基本得到控制。目前在建项目中,一般以地下线路为主的地铁工程,平均每公里造价在45亿元,高架线路工程的平均每公里造价在1.52.5亿元左右。2) 采用先进技术,多种制式和系统并存 从已建和规划建设项目的情况看,根据轨道交通技术发展趋势和不同的运能需求,我国将形成类型众多的轨道交通系统来满足城市交通需求;并引入现代控制、现代通信和现代网络等技术,使轨道交通在城市交通中发挥更大的作用,安全更有保证,服务水平不断提高。我国轨道交通已拥有大运量的地铁系统、城市高架轨道交通系统、高架跨座式单轨系统和中低运量的地面轻轨系统,另外还有高速磁浮系统、快

7、速市郊铁路系统等。现有6个城市(北京、上海、广州、天津、深圳、南京)拥有和正在建设地铁,4个城市(北京、上海、武汉、重庆)已建设高架轨道交通系统,天津、大连两城市建设了市郊铁路,长春市建设了地面轻轨,上海市建成了高速磁浮系统,北京和广州正在规划建设直线电机系统。3) 国产化政策实施成果显著 1999年,国务院办公厅转发国家计委关于城市轨道交通设备国产化实施意见,提出城市轨道交通全部车辆和机电设备的平均国产化率要确保不低于70%。国产化政策实施以来,我国城市轨道交通车辆等设备的生产能力有了显著提高,总体上能达到70%的国产化率要求。国家先后拿出约5亿元国债资金投入20多个项目,用于加强轨道交通成

8、套和零部件生产的装备,并定点了车辆生产企业;信号系统集成企业参与轨道交通市场竞争,在国内逐步形成轨道交通工业生产体系。在国产化政策带动下,一批国外企业已在国内合资设厂,设备采购价格比全进口产品大幅下降。根据对广州地铁2号线后评价的情况,与广州地铁1号线相比,机电设备费用从2.550亿元/下降到1.307亿元/,国产化政策成效显著。4) 探索各种投融资方式,资金瓶颈有所突破 当前我国轨道交通建设的投融资主要是一种政府行为,城市政府起着主导的作用。正因为有城市政府的财政信用,目前国内银行对轨道交通项目贷款的积极性较高,对项目建设中所需的资金,国内银行积极予以支持,银行贷款占总投资的60%左右。以国

9、家开发银行为例,自1997年来,先后承诺轨道交通项目资金360亿元,已执行294亿元。其他商业银行也有较大的投入。银行主要对城市政府财政增长和土地收益进行考察,银行投资城市轨道交通项目的风险相对工业项目要小,因此放贷积极性较高。特别是财力状况比较好的上海、广州、深圳、杭州等城市,项目本身建设资本金比例也较高,多家银行都积极争取给这些地铁项目贷款。正是由于各地政府的大力支持和国内银行的积极投入,推动了轨道交通的快速发展。同时各城市在积极探索新的投融资方式,探讨采用(建造-运营-移交)、(公共部门与私人企业合作)等方式进行轨道交通建设的可行性。北京、上海、深圳等城市轨道交通建设体制和运营体制也在进

10、行改革探索。5) 国办81号文件精神正在逐步落实 针对轨道交通建设发展中暴露出的问题,为进一步加强管理,国务院办公厅于2003年发出国务院办公厅关于加强城市快速轨道交通建设管理的通知(简称81号文),指出发展轨道交通应当坚持量力而行、规范管理、稳步发展的方针。文件提出了申报轨道交通的城市应达到的标准,如:发展地铁的城市地方财政一般预算收入在100亿元以上,国内生产总值()达到1000亿元以上,城区人口在300万人以上,规划线路的客流规模达到单向高峰小时3万人以上等;同时规范了申报和审批程序,要求在城市总体规划及城市交通发展规划的基础上,组织制订轨道交通建设规划;项目的审批,要依据批准的建设规划

11、进行,项目的资本金须达到总投资的40%以上。文件对轨道交通的建设标准、安全管理、经营体制和国产化等都提出了具体要求。根据文件精神,从2003年年底开始,北京、上海、深圳等有关城市开始编制和申报轨道交通建设规划,目前已有15个城市上报了建设规划报告。深圳、杭州、哈尔滨、广州、上海、成都等城市的规划已通过国家审批。根据统计,15个城市在近期规划建设65条线路,线路里程达到1700,投资规模约6000亿元。根据文件要求,有关轨道交通建设标准和规范正在组织制订或修订当中,地铁设计规范、城市快速轨道交通工程项目建设标准等已在实施。6) 轨道交通的安全问题得到高度重视 针对普遍关注的轨道交通建设和运营的安

12、全问题(包括应对各种突发事件),中央领导多次就地铁的安全管理工作作出了重要批示,国家和地方也相应出台了相关文件,对建设和运营中的安全问题予以高度重视。建设部等九部委联合颁发了关于进一步加强地铁安全管理工作的意见,建设部颁发了城市轨道交通运营管理办法,提出要加强轨道交通的安全管理工作,建立城市轨道交通安全评价制度,督促落实安全责任机制。在轨道交通项目的规划、设计、施工环节上,都要求严格执行国家颁布的强制性标准,确保安全设施同步规划、设计和建设。在项目的前期研究阶段要求进行安全、地质环境和地质灾害的评估,防止地质灾害等事故的发生。要保证安全投入,建立处理突发事件的应急机制,提高灾害防御和应急救助能

13、力。北京、上海、重庆等城市也颁布了有关地方法规,加强了对轨道交通安全的管理。第二节 城市轨道电磁辐射污染分析城市轨道列车运行中授流器与接触轨道之间的摩擦产生电火花放电现场的电磁辐射；供电系统、自动控制设备因高电压或大电流而现场的固定电磁源。要基于对北京地铁八通线电磁辐射的实地调查数据,分析城市轨道交通沿线电磁辐射污染源对周围环境及对人体可能产生的潜在危害,提出对城市轨道交通产生的电磁辐射污染进行有效控制的不同方法。关键词北京地铁八通线电磁辐射污染控制措施1 北京地铁八通线概况 北京地铁八通线是北京市地铁线网规划中1号线的东延长线,起于朝阳区八王坟东,止于通州区土桥,是地铁线网规划中东西方向的交

14、通大动脉。线路起点为四惠站,途经四惠东站、高碑店站、广播学院站、双桥站、管庄站、八里桥站、通州北苑站、果园站、九棵树站、梨园站、临河里站、终点为土桥站,线路全长18.964km,其中地面线7.911km,高架线11.053km;全线共设13站,线路双向全封闭。车辆采用变频变压交流电动列车,全线共购置24组新型机车辆。2 与电磁辐射相关的基本概念 常见的雷达系统、电视和广播发射系统、微波医疗设备、各种电加工设备、通信发射台站、大型电力发电站、输变电设备、高压及超高压输电线、地铁列车、电力机车以及大多数家用电器等都能产生各种形式、不同频率、不同强度的电磁辐射。电磁波会随着距离增加而快速衰减,建筑物

15、及树木等对电磁波有一定的阻挡作用,金属门窗对电磁波有良好的屏蔽作用。 电磁辐射污染对人体具有潜在威胁。通过大量的卫生学和流行病学调查初步表明,电力频段(50Hz)强电场可能导致人体某些体征的改变。主要表现在:中枢神经系统(如头晕、头痛、记忆力减退、脑电图频率改变、脸颤等症状);心血管系统(如血压不稳、心律过缓、心电图改变等症状);血液系统(如常出现多核白细胞、嗜中性白细胞和网状红细胞增多,而淋巴细胞相对减少的现象),另外在内分泌系统、生殖系统和遗传效应方面也会出现变异。 电磁辐射主要是通过电场、磁场和电晕三种形式发生。电场的强度与输电线相对于大地的电压成正比,电压越高电场强度就越大。电场强度集

16、中在主变电和高压输电线路附近。磁场的强度仅与电流大小有关,而与电压无关,一般变电所磁场强度相对较弱。当导线表面的电场强度超过空气击穿强度时,就会产生电晕放电。导线表面的电场强度一般要达到30kV/m以上。只有高压输电线路表面才具有如此大的电场强度,因此电晕放电多发生在高压输电线路上。3 电磁辐射的标准 根据1997年3月25日国家环境保护局第18号局令电磁辐射环境保护管理办法的附件规定,“轻轨和干线电气化铁道”属工频强辐射系统。八通线运行电力频率为50Hz的工频电场,俗称市电频率。 目前,我国对工频电场的磁场强度尚未发布有关的环境标准。HJ/T241998500kV超高压送变电工程电磁辐射环境

17、影响评价技术规范提出了推荐性标准,电场强度限值:4kV/m;磁感应强度限值:0.1mT。对地铁变电所内环境采用GB162031996作业场所工频电场卫生标准规定工频电场强度为5kV/m时,工人可接触时间为8h(见表1)。4 轨道交通工程中与电磁辐射有关的电气设备 以北京地铁八通线为例,城市轨道交通产生电磁辐射的设备主要有变电设备、通信设备,辐射范围一是沿线周围环境(居民收看电视、收听广播),二是变电所职工工作环境。4.1 变电室设备 地铁八通线沿线设有15座变电所,选用的配电变压器和牵引变压器是由我国采用德国专利技术生产的树脂浇注干式电力变压器(见表2、表3)。4.2 电动客车、无线通信等设备

18、 北京地铁八通线所选用的客车是型号为VVVF的变频变压电动列车,总计24列。八通线主要以有线通信为主,也备有无线通信系统,该系统有发射机4套,电台252台(见表4)。5 电磁辐射污染分析与评价5.1 变电所工频电场的电场、磁场强度 2001年,在编制火电厂污染物排放标准过程中曾经对某市30个110kV和220kV变电站厂界电磁辐射污染现状进行普测。普测结果:除两座220kV变电站的电场强度超标外,其他变电站的电场强度均可以达到4kV/m标准。所有变电站的磁场强度均低于0.01mT,远远低于0 1mT的标准。另外,我们在对两座10kV变电站厂界测试,电场强度仅6V/m,磁场强度0.041.5T,

19、远低于0.1mT的标准。 地铁八通线的所有变电所由北京市供电部门110kV变电站引入电源,地铁变电所10kV母线为单母线分段,由地下输入,使用750V及以下电压工频电场的电力。地铁八通线的所有变电所运行电流最大不超过200A,故完全可以达到电场强度4kV/m和磁场强度0.1mt的推荐标准。 另外,设在地铁八通线各车站内的变电所边界与最近居民区的距离一般都在50m以上。经调查,距离在5070m的有3个(通州北苑站、果园站、梨园站);距离在70100m的有3个(四惠站、广播学院站、管庄站);其余7个距离在100m以上。设在八通线土桥车辆段的2个变电所与最近居民点的距离更远,超过700m,对周围居民

20、环境的辐射污染更小。5.2 工频电场的卫生标准 GB162031996作业场所工频电场卫生标准规定工频电场强度为5kV/m时,工人可接触时间为8h(见表1)。地铁八通线的所有变电所设计建筑时采取了一些电磁辐射屏蔽措施。 (1)八通线牵引系统采用等效24脉波整流,经北京供电局评估,其产生的谐波电流满足国标GB/T145491993电能质量公用电网谐波限值规定,符合入网要求。 (2)八通线采用的所有强弱电设备均符合国家GB68331993电子测量仪器电磁兼容性试验方案标准对电磁兼容性的要求,不仅有效保证了本系统不受外界电磁辐射的干扰,而且对其他系统的电磁辐射也降到了最低,从而使供电网中各个用户的用

21、电彼此独立,互不影响。开关柜及电缆均有金属铠装保护。 (3)为防止杂散电流对结构钢筋的电腐蚀,八通线从设计到施工均采用了防迷流措施(全线11个牵引降压混合变电所设置了排流装置),杂散电流防护符合国家行业GJJ491992地铁杂散电流腐蚀防护技术规程标准及地铁对杂散电流防护的要求。 (4)变电所设计为中长期无人值守,值班人员在控制室监控,自动化控制。 变电所工频电场强度远远低于GB162031996规定的5kV/m,同时在变电所工作的职工近距离接触电磁辐射污染源时间小于8h规定。由于在变电所设计施工时采取了相应的电磁辐射屏蔽措施,可以达到GB162031996作业场所工频电场卫生标准,对变电所内职工的健康不会造成危害,对周围居民环境的辐射污染更小。5.3 列车电磁辐射 地铁八通线主要采用国内外最先进的车辆,其电气牵引系统采用国外直交传动牵引系统,该系统的VVVF逆变器采用IGBT模块作为开关元件,一台逆变器驱动一个动车转向架上的两台鼠笼式三相异步牵引电动机。该型号列车的电磁辐射在地铁列车中为最小。 经列车型式试验报告得知,在列车客室内测试磁场强度,符合距地面450mm时10G和距地面900mm时5G的列车磁场强度国标要求。5.4 无线通信等设备电磁辐射 地铁八通线的列车和无线通信设备系统的电台输出功率最大为6W。该系统的集群基站6