高压架空输电线的电场分布及其对周边环境的影响

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1、高压架空输电线的工频电场及其影响嘉 应 学 院本科毕业论文（2013届）题 目： 高压架空输电线的工频电场及其影响 姓 名： 张任新 学 号： 2090211136 学 院： 物理与光信息科技学院 专 业： 物理学（师范） 指导老师： 蒋 毅 申请学位： 理学学士 14中文摘要根据研究及相关测试表明，变压器、超高压配电装置和超高压电线在运行中，会形成一定强度的工频电磁辐射。为此本文结合我国制订的高压输电线路电磁辐射安全标准，探讨高压输电线路电磁辐射对周围环境、人体健康的影响及对无线电的干扰，就月梅路段和象山边上的高压架空输电线周边的环境及电场强度进行实地测量。同时重点调查研究分析了象山边上的高

2、压架空输电设备对该区域居民各方面的影响，并根据所测量和调查结果就关于如何防护高压架空输电的电磁污染做出了一些建议。关键词 高压输电线 工频电场 电磁辐射的响AbstractAccording to research and test, transformer, ultra high-voltage distribution device and ultra high voltage wire in operation, power frequency electromagnetic radiation will form a certain strength. In this paper, c

3、ombined with the high voltage transmission line electromagnetic radiation safety standard of our country develop, of high voltage transmission line effects of electromagnetic radiation on the surrounding environment, human health and interference to radio, on the high voltage overhead on Mei Road an

4、d Xiangshan on the side of the transmission line the surrounding environment and the electric field intensity field measurement. At the same time, research and analyze the influence of high voltage overhead power transmission equipment in Xiangshan on the edge of the various aspects of the area resi

5、dents, according to the survey results on electromagnetic pollution how to protection of HV overhead transmission has made a number of recommendations.high-voltage transmission lines：The power frequency electric field：The impact of electromagnetic radiation目录前言21 高压输电线的电场强度的空间分布22 高压输电线路电磁辐射安全标准的制订3

6、3 梅州城区部分高压输电线路实测结果分析43.1 测试结果与电磁辐射方面国标的选用43.2 实测数据分析43.2.1 实测数据43.2.2数据分析64 高压输电线对周边环境的影响84.1 对周边动物的生存影响84.2 对居民通讯的影响94.3 对居民感知方面的影响94.3.1风吹感94.3.2蛛网感94.3.3嗡声感94.4 高压交流工频电场对人体健康的影响94.4.1躯体效应94.4.2种群效应105 相关的应对措施106 结束语11附 录12参考文献13致 谢14前言随着我国电网规模的不断扩大和输电电压等级的不断提高输电线路的电磁环境影响越来越受到人们的关注，超高压输电线周围电磁环境及其对

7、人体的辐射已成为人们普遍关心的问题之一，随着社会远距离供电的发展，高压输电的作用日趋明显，但是由于所输的电能是50Hz的高压交流电，所以不可避免的就会产生一定大小的电磁场。随着人们生活质量的提高，对于高压输电线产生的电磁场是否会对身体健康造成影响的争论日趋激烈。根据上述情况，本文对于象山边上的高压架空输电线的空间电磁场的分布进行了实地测量，并对生活在该输电线路区域的居民进行调查访问。1 高压输电线的电场强度的空间分布根据电动力学知识，运用等效电荷建立高压输电线路的电荷分布等效模型可以得到500Kv高压输电线在不同高度下的电场分布如图1 所示。其中曲线1、2、3分别是高度为16m18m20m时的

8、电场强度分布曲线。从图1 中可以看到在距离输电线路相同高度的地方不管在哪个方向电场的大小基本相同，成对称状分布。图1 500Kv输电线在不同高度下的电场分布同理根据电动力学知识，运用等效电荷建立500Kv/220Kv同杆并架双回排列电荷的分布等效模型可以得到500Kv/220Kv同杆并架双回排列电场场强分布如图二所示2，其中1,2曲线分别代表的是仅500kv单回水平线路和仅220kv单回水平线路的电场强度分布曲线，曲线3是500Kv/220Kv同杆并架双回排列电场场强分布曲线，曲线4是500Kv/220Kv线路相序为ABCcba设置时的电场强度分布曲线。由曲线1和曲线2可以看出在单回路的高压输

9、电线路的边相导线附近下方的电场强度都超过4Kv/m。而由曲线3可以看出500Kv/220Kv同杆并架双回排列电场场强处处小于4Kv/m，而曲线4可以看出500Kv/220Kv线路相序为ABCcba设置时的电场强度也小于4Kv/m。由此可见在500kv单回水平线路下方增设220kv单回水平线路输电线路时，可以达到减小输电线路周边电场强度的目的，这种高低压同杆并架输电的方式不仅有效的减少了电场强度的影响还有效的节约了土地与其他资源的浪费，这一点在象山山顶的输电线路中得到充分体现。 图二，500Kv/220Kv同杆并架双回排列电场场强分布2 高压输电线路电磁辐射安全标准的制订近年来一些国家对容易接近

10、高压输电线路环境场强规定了适当的阈限值。日本规定为3kV/m，前苏联规定为5kV/m，我国在这方面起步较晚，环境标准（安全标准）尚未制定。在国家环保总局HJ/T241998500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范中，推荐暂以4kV/m作为居民区工频电磁场评价标准，推荐应用国际辐射环保协会关于对公众全天辐射的工频限值为0.1mT(80A/m)作为磁感应强度的标准。我国已建成500kV超高压输电线路常用铁塔，塔高设计值一般为36m56m，并建立了卫生防护带走廊，走廊宽度为30m，在这种对地高度和走廊宽度下，塔附近房屋的电场强度随距离增加而减小。对于住在高压线路附近的居民，由于房屋屋顶

11、，室内金属构件，树木等物体对工频电磁场具有良好的屏蔽作用，可以大大降低生活环境中电磁场的强度，达到GB917588环境电磁波卫生标准中二级容许场强。电磁辐射污染的影响近年来在我国也开始为大家所关注，国家环保局于1997年3月25日颁发电磁辐射环境保护管理办法，已正式将电磁辐射管理纳入环境保护管理的范畴。3 梅州城区部分高压输电线路实测结果分析3.1 测试结果与电磁辐射方面国标的选用在对辐射源周围环境进行电磁辐射测试之后，应将电磁测试结果与相应的国标做对照，我国已经颁布的电磁兼容方面的环境标准及法规有数十项，根据现场的情况，采用适合此环境的国标或行业标准。 最常用的电磁方面的标准是电磁辐射防护规

12、定(GB8702-88)、环境电磁波卫生标准(GB9175-88)。标准限值如下。表1 环境电磁波容许辐射强度分级标准(GB9175-88)波长 单位 容许场强 一级（安全区） 二级（中间区） 长、中、短波 V/m 10 25 超短波 V/m 5 12 微波 W/cm2 10 40 混合 V/m 按主要波段场强；若各波段场强分散，则按复合场强加权确定。 在对一般环境的电磁辐射分析中，主要选用环境电磁波卫生标准(GB9175-88)，根据辐射源的主要辐射频率，参照表6，找到其辐射强度限值。注意掌握三个标准限值，一般我们把居民居住的环境按一级安全区处理，则其标准限值为：在长、中、短波电场强度应小于

13、10V/m；在超短波段，电场强度应小于5V/m；在微波波段，其辐射功率密度应小于10W/cm2。考虑对电磁辐射环境内工作人员的保护，在职业安全卫生领域，应采用电磁辐射防护规定(GB8702-88)的相应限值。3.2 实测数据分析3.2.1 实测数据表2 10 kV高压输电线路工频电场强度监测结果 测试线路距离 线杆距离 单位m线路一单位V/m线路二单位V/m线路三单位V/m线路四单位V/m线路五单位V/m平均单位V/m028.327.325.526.426.7326.846128.428.430.630.529.8329.546235.033.227.932.732.332.22337.237

14、.331.631.2231.633.784430.033.827.829.3230.0330.19528.127.326. 628.4328.1227.71626.625.724.4626.3226.425.896725.325.624.725.4125.525.302823.223.122.8623.2122.9323.06923.117.1823.7723.1221.821.7941018.714.5915.2416.2317.4616.4441110.412.1110.3112.1111.5311.292129.269.058.4610.029.549.266135.425.996.12

15、5.935.835.858143.413.784.033.753.823.758151.782.082.052.122.312.068161.511.631.581.61.571.578172.261.521.511.521.481.658182.111.471.431.411.441.572192.021.421.461.461.421.556201.751.381.351.331.381.438211.441.351.361.351.311.362221.331.371.371.321.341.346231.291.331.361.341.361.336241.301.281.321.38

16、1.351.326251.361.371.381.321.351.356261.441.421.401.411.431.42271.371.401.411.421.421.404表3 110 kV高压输电线路工频电磁场强度监测结果距离(m) 线路一线路二线路三线路四线路五电场强度E kV/m 电场强度EkV/m 电场强度E kV/m 电场强度E kV/m 电场强度E kV/m 03.982 3.421 9.809 4.758389251.617 2.856 5.469 3.6432.626100.769 1.130 4.698 2.8961.012150.839 0.887 0.528 1.6

17、820.982200.102 0.756 0.364 0.2690.523250.069 0.421 0.102 0.3270.108300.078 0.292 0.086 0.1250.133350.063 0.064 0.067 0.0620.062400.051 0.0620.043 0.0460.052450.064 0.0650.019 0.0650.061500.042 0.0410.015-0.0190.0233.2.2数据分析根据表2得出的数据我们可以达到如图3所示的电场强度分布曲线图，该实测模型与理论分析所得的模型之间存在误差，特别是线路三，线路四，线路五在与输电线路水平距离

18、为8m和11m附近出现较明显的波动，主要原因可能是线路三直接在地磅上面测量，线路四跟线路五也在地磅周边，所以会受到一定的影响。在电场强度上，10Kv的高压输电线路周边产生的工频电场强度低于国家的环境电磁波卫生标准有关规定的安全生活的电场强度，属于安全范围值。但出于对人体健康和安全角度考虑，应避免长时间在高压输电线路下面活动。图3 10Kv输电线路的各线路的电场高强度分布图根据表3得出的数据我们可以达到如图4所示的电场强度分布曲线图，由图四可以很明显的看出110Kv输电线路的各线路的电场强度分布，线路三和线路四是在象山边上的高压输电线周边的非居民区上测量的数据，由该曲线图可以看出在非居民区的电场

19、强度明显大于4Kv/m但是小于10Kv/m。考虑到居民生活跟活动时间主要在生活区，而出现在非生活区的时间很短，遭受由于工频电场引起电击的几率相对小得多，故而对居民的生活不会产生太大的影响。线路四所测量区域周边有比较多的树木，故虽然测量的地点仍然是非居民区，但是在线路四周边的电场强度明显的比线路三要小很多。由此可见在高压输电线周边栽种具有一定高度的植物可以起到有效的降低电磁辐射强度。线路一，线路二，线路三的数据是在周溪河边上的居民区所测得的。由表3和图4可以看出在高压输电线周边的居民区的电场强度均不超过4Kv/m，低于国家的环境电磁波卫生标准有关规定的安全生活的电场强度，属于安全范围值。图4 1

20、10Kv输电线路的各线路的电场高强度分布图4 高压输电线对周边环境的影响高压输变电设备产生的工频电磁场强度一般与电压电流相线距离及塔高等因素有关。虽然绝大多数高压输变电设备产生的工频电磁场强度都没有超过国家推荐的践行的标准限值，但近年来随着用电量增加及城农网改工程的实施，110Kv和220Kv高压设备进入城市中心区，以及高压输变电设备同塔架设紧凑型设计等技术的应用，工频电磁场对人类生活环境的影响越来越突出，主要表现在下属几个方面：4.1 对周边动物的生存影响从象山高压输电线路周边居民的调查中得知在高压线架设以来周边时有动物发疯死亡，据此我查找相关资料，据发表在J Of Pub Health A

21、nd Prevmed 2012 Vol21.NO.4的研究成果表明工频电磁场通过影响果体褪黑激素水平来影响动物神经系统，从而导致动物过渡抑郁而死。据Ahlbom等的分析结果表明，居住在0.4T磁场周围的儿童，其白血病发病的相对危险度（relative risk，RR）：亦称危险度比，是暴露组的危险度（测量指标是累积发病率）与对照组的危险度之比）为2.00。故Shen等人用小鼠长时间暴露在50HZ的高压交流输电线周围，经过三十二周以后发现淋巴细胞进入肝脏的恶性转移率在实验组跟对照组之间饿分别为50%和16. 2%有显著差异。由此可见高压工频输电对周边环境生存的动物的健康有相当明显的影响，为此相关

22、部门应当作出以之相对的措施4.2 对居民通讯的影响高压输电线路对通信线路的影响包括静电感应和电磁感应。由于静电耦合作用，输电线路的电场会在邻近的通信线路上产生感应电压，即静电感应。同样，输电线路的磁场也会在邻近的通信线路上产生感应电压。因为通信线路音频通道的工作频率一般为3003400 Hz，而输电线路中的许多谐波正好落在这个频率范围内，所以一般规定系统中的谐波等效干扰电压值应低于系统额定电压值的1才能符合要求。实测和计算结果表明：在距输电线路50 m以内，电场的影响较大，是干扰通信的主要因素；而在距离100 m以外，静电影响可以忽略不计。磁场的影响很小，相比之下可以忽略不计。4.3 对居民感

23、知方面的影响从对生活在象山边上高压输电线路居民的调查中发现，生活在该区域的人们时常会出现如下几种感觉。4.3.1风吹感风吹感是由于人们在等电位作业时，等电位人员面部总有较明显的微风吹拂的感觉，这主要是人体表面的电荷在电场力的作用下作功的表现。由于人的面部是无屏蔽的裸露部位，面部的鼻子又是尖端，因此电荷密度大，电场也较强，所以在和高压输电路周边产生的工频电场相互作用时会感到的风吹感4.3.2蛛网感在高压强电场中由于人的面部没有屏蔽措施，时常还会出现另一种特殊的感觉蛛网感。这种现象仍是高压电场尖端效应的结果。面部神经在密集游动电荷的作用下产生这种特有的感觉，经实践证明这种现象不仅与电场高低有关而且

24、还与气象条件有很大关系，特别是在夏天高温季节等电位作业人员出汗较多的时候，这种现象更为明显。 4.3.3嗡声感 嗡声感主要是来自工频交流电场周期性的变化作用到屏蔽服上所引起的机械振动，它的声音与频率恰似通电运行的变压器的嗡声。4.4 高压交流工频电场对人体健康的影响4.4.1躯体效应躯体效应分为热效应和非热效应关于热效应的机理已经了解得比较清楚,人体接受电磁辐射后,体内的水分子会随电磁场的方向的转换快速运动而使机体升温.如果吸收的辐射能很多,靠体温的调节来不及把吸收的热量散发出去,则会引起体温升高,并进而引发各种症状.对非热效应的机理了解还不充分,但确实存在这种效应:即吸收的辐射能不足以引起体

25、温升高但确出现生物学的变化或反应.这类效应包括神经衰弱症候群.据报道电磁辐射也会引起癌症.。4.4.2种群效应 种群效应不是短时间可以观察到的,也许会使人类变得更加聪明,也许相反使人类的发展受到影响。长期以来，关于工频电磁场对中枢神经系统有无影响的问题，各国学者一直有着不同的看法。国内外许多关于高压，超高压输电线和变电站的劳动卫生学调查报告指出神经衰弱和记忆力减退是工频电磁场作业人员最常见的症状，但缺乏客观检查结果。目前认为工频电磁场对中枢神经的作用主要有电场引起，这一观点可在动物实验中得到佐证。工频电磁场与肿瘤发生的关系，许多调查发现，电磁场的职业暴露虽然可能增加肿瘤的发生风险，尤其是白血病

26、，淋巴系统肿瘤和神经系统肿瘤，但这种风险程度并不高，没有统计学意义。但是应该指出，如果在生产环境中同时存在着其他较强的致癌因素时，工频电磁场的这个作用就不容忽视。 工频电磁场对生殖的影响，国外，Nordstrom等首次报道表明，对542名电厂工人进行回顾性调查发现，凡父亲在高压调度室工作的，子女患先天性畸形的比例增高。其他方面的影响主要有头痛，恶心，目眩，彻夜失眠，辐射局部 烧灼感等。一般经过数天，数周或更长时间休息后，症状一般均可消失。5 相关的应对措施为了减轻和防止高压输电线路电磁辐射对环境的影响及对人体健康的危害，结合前文的分析，拟提出如下减缓措施：(1) 对于110 kV线路杆塔及变电

27、所构架上进行间接作业时(人处于大地电位作业包括杆塔紧螺丝工作)应穿导电鞋，将电场引起的人体电流(暂态及稳态)限制在1 mA以下。 (2) 在超高压输变电设备上进行等电位作业及采用中间电位法的作业必须穿合格的全套屏蔽服，并注意各部连接可靠，作业中不允许脱开。 (3) 攀登500 kV杆塔构架时，人体的静电感应是很强的，为防止人体受电场及电磁波的影响，一定要穿全套屏蔽服作业。最好穿用A型或B型屏蔽服，使人的体表场强限制在15 kV/m以下，流经人体的电流不大于50A(4) 建立线路保护区，对高压输电线路保护区必须严格按照设计标准进行。线路保护区设计标准见附录一； 设立无线电设施防护距离，高压（33

28、0 kV 500 kV）线路与无线电中心的最小距离见附录二； 确立高压输电导线的对地设计距离，高压（220 kV 、500 kV 、750 kV）输电导线对地距离应符合设计标准见附录三。 另外，考虑到实际的架设情况，在相邻铁塔间可能存在凸起的建筑物或人群活动较频繁的区域等，为确保安全，还规定在高压输电线路走廊下新建房屋距边导线的垂直距离不得小于15m，旧房为5m。同时在实际操作中遵照的标准应适当提高。(5)建立卫生防护走廊。对220 kV以上的超高压输电线路必须建立卫生防护走廊，走廊宽度为4050m，走廊下的障碍物（树木等）应基本清楚干净。(6)为保障高压输电线路附近居民的身心健康，建议在25

29、0300m规定范围内不建住宅和人群密集的活动场所。(7)在合理设计接入系统，控制并降低架空电力线干扰电平的同时，采用良好的施工方法，保护导线、金属和绝缘子不受损伤，同时加强运行维护。(8)按照架空高压输电线路对无线电干扰防护间距，当架空电力线路经过广播收音台或电视差转台附近时，应尽量从这些台的非主要信号接收方向一侧通过。(9)架空电力线在局部地段可采用降低导线表面电场强度的措施，在变电站（所）可采用降低母线及设备引线表面电场强度的措施。(10)高压输电线路下，表面积很大的金属物体必须良好接地，否则会对人产生电击。同时,人员容易误入的危险区域应设有警告标记。凡经计算或用场强计测量确定为危险区域，

30、不允许人员在未采取防护措施的情况下进入。 (11)在线路设计中采取提高导线对地高度、双回路导线逆相布置以及高、低压导线分层架设等措施，都会获得降低地面场强的效果；在运行中对工作人员采取局部屏蔽和限制工作时间等保护措施，也能起到减少电磁辐射影响的作用。6 结束语通过对月梅路及象山边上的高压架空输电线路电场强度的实地测量及对生活在该区域的居民的调查中发现，在高压输电线路周边确实存在一定强度的工频电场，但是这样的公平电场强度比较小，基本上不会高于国家所推行的规定标准。对人们的生活影响也不会很大。由于高压架空输电线路周边的工频电场影响到人们生活的方方面面，所牵涉的知识面也不仅仅只是物理学，还有医学，环

31、境科学等多方面的知识。所以在对高压架空输电线路周边的工频电场的研究还有待进一步的研究，特别是在医学方面可以做根深一步的研究。在物理学上的后续研究主要是对于如何做好电磁辐射的防护工作。经过两个多月的努力，高压架空输电线路的电场分布及其影响的论文终于完成，在整个设计过程中，出现过很多的难题，但都在老师和同学的帮助下顺利解决了，在不断的学习过程中我体会到： 写论文是一个不断学习的过程，从最初刚写论文时对企业职位面临的问题的模糊认识到最后能够对该问题有深刻的认识，我体会到实践对于学习的重要性，以前只是明白理论，没有经过实践考察，对知识的理解不够明确，通过这次的做，真正做到林论时间相结合。 总之，通过毕

32、业设计,我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步之后再作下一步，这样才能更加有效附 录附录A 线路保护区设计标准电压kV距一般地区m距人口密集区m边线到建筑物距离m220151063301510650020158附录B 高压输电线路与无线电中心的最小距离设施名称架空线路与无线电设施的距离/m无线电发射中心的中段及长波的无线电装置100无线电发射中心的短波天线装置在最大辐射方向300短波发射天线及无线电中继站的接收天线200主干线、省及区域性无线电通

33、讯中心2000无线电接收分站1000当地无线电转播台400附录C 高压输电导线对地距离设计标准设施名称对地距离/m居民区14非居民区12跨铁路线1314跨公路线1214参考文献1赵亚民. 我国电磁辐射防护规定开始编制J. 核电子学与探测技术,1986,(01):26-28.2王洁澄. 电磁辐射防护规定和广播电视事业的相应措施J. 广播与电视技术,1989,(06):9-16.3邹澎,王芳. 高压输电线附近工频电场的数学模型J. 中国电力,1994,(06):20-23.4. 环境电磁波卫生标准有关规定J. 标准化信息,1997,(06):8-12.5封滟彦,俞集辉. 超高压架空输电线的工频电场

34、及其影响(一)J. 重庆大学学报(自然科学版),2004,(04):10-14.6俞集辉,周超. 复杂地势下超高压输电线路的工频电场J. 高电压技术,2006,(01):18-20.7蒋虹,焦景慧,林志和,吴向东,邬雄,路遥. 超高压线路工频电场超限值对策的研究J. 高电压技术,2006,(08):56-58.8梁振光,董霞,郑路,孟昭敦. 500 kV变电站工频电场的测量与分析J. 高电压技术,2006,(11):81-83.9王娜,李春生. 工频电场、磁场标准对比及建议J. 电力科学与工程,2007,(01):62-65.10万保权,路遥,邬雄,王作民,贾振宏. 500kV同塔4回线路无线

35、电干扰和工频电场J. 高电压技术,2007,(03):113-116.11牛犇,曾嵘,李欢,王博. 无电极型工频电场传感器的设计J. 中国电机工程学报,2008,(31):101-107.12肖冬萍,何为,杨帆,张占龙,唐炬. 不同气象条件下特高压输电线路工频电场计算与档距选择J. 高电压技术,2009,(09):2081-2086.13张占龙,邓军,许焱,何为,毛玉星,肖冬萍,韦军. 变电站关键设备工频电场计算的预条件处理GMRES(m)边界元法J. 重庆大学学报,2010,(01):78-82，93-9514王泽忠,刘士利,孙静. 特高压交流变电站设备附近工频电场计算J. 高电压技术,20

36、10,(01):81-85.15俞集辉,王国辉. 计及地电位升高的超高压交流输电线路工频电场计算J. 高压电器,2010,(01):22-26，31-34.16 J Of Pub Health And Prevmed 2012 Vol21.NO.4:56-58致 谢 历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师蒋毅老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助我进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢。感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。 感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多有用的素材，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！ 张任新 2013年05月