10kV变电所选址的工频电磁场问题与设计施工常见问题探讨.docx

IOkV变电所作为电力系统重要的终端设施，深入各建筑的负荷中心，但该电力设施产生的工频电磁场及低频噪声也给周边用户造成困扰。而相比低频噪声影响，由于工频电磁场看不到摸不着，更容易让人产生心理恐惧。近年来发布的相关国家及行业标准针对10kV变电所选址提出了一系列的要求，降低其可能带来的影响。但针对防电磁辐射及防电磁干扰，现行标准并未明确规定IOkV变电所与相关敏感房间的量化距离要求，更多是定性提出了要求采取屏蔽措施或要求避免贴临。在具体项目中如何把握，这是电气设计师们关心的问题。工频电磁场由于电力系统的频率特性，电力设施及传输线路产生的稳态电磁场主要是工频电磁场。从电磁辐射的角度出发，频率以及强度大小决定了电磁辐射能量的大小。而IOkV变电所产生的工频电磁场频率只有50/60Hz,并不能形成有效的电磁波辐射源。但1979年，Wertheim-Leeper发现了低水平工频电磁场曝露可能与儿童白血病存在一定的关联。此后，国内外许多学者都对工频电磁场对儿童健康可能产生的影响进行了较多研究，并指出当工频（50/60Hz）磁场曝露强度超过0.3T或0.4T时，儿童白血病的患病风险增加23倍。故工频电磁场对人体健康的影响也是值得关注的方面。另一方面，众所周知电子设备的正常运行可能会受到电磁场影响。GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范要求消防控制室不应设置在电磁场干扰较强的房间附近。IOkV变电所是否属于电磁场干扰较强的房间，其工频电磁场强度是否会影响消防设备等电子设备的正常工作，这是相关规范未明确提及的内容。工频电磁场对人体健康影响国内外相关标准发展历程早期国家针对电磁辐射发布了GB8702-1988电磁辐射防护规定（已废止）、GB9175-1988环境电磁波卫生标准（己废止），作为首批关于电磁辐射防护的国家标准，规定了100kHz300GHz频段的电磁场限制要求，但未包含工频电磁场。1998年ICNIRP（国际非电离辐射防护委员会）发布了ICNIRPguidelinesforlimitingexposuretotime-varyingelectric,magneticandelectromagneticfields（upto300GHz）（以下简称“ICNIRP导则”），规定了工频电场强度不超过5kV/m；工频磁场强度不超过100T。另外，美国电气与电子工程师协会（IEEE）制定了IEEEstandardforsafetylevelswithrespecttohumanexposuretoelectromagneticfields,0-3kHz（以下简称“IEEE标准”）。这两本标准是国际上针对电磁辐射最主要的标准。1998年环境行业发布了推荐性标准HJ/T24-199850OkV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范（已废止），推荐50OkV超高压送变电工程周边电磁辐射环境的工频电场强度不超过4kVm;工频磁场强度不超过100UTo该标准在2014年被HJ24-2014环境影响评价技术导则输变电工程替代。2010年【CNIRP根据最新的研究成果，将ICNIRPguidelinesforlimitingexposuretotime-varyingelectricandmagneticfields（1Hz-100kHz）规定的公众工频磁场强度安全限值提高到200PTo2014年国家对GB8702-1988电磁辐射防护规定和GB9175-1988环境电磁波卫生标准进行整合修订，正式发布了GB8702-2014电磁环境控制限值。该标准规定了电磁环境中控制公众曝露的电场、磁场、电磁场（IHZ300GHz）的场量限值。其中工频电场强度不超过4kVm;工频磁场强度不超过100该限值略严于ICNIRP的规定要求。国际电磁场计划从上世纪80年代以来，公众一直关注极低频电磁场可能对人体健康带来的不利影响。世界卫生组织(WOHdHeaIthOrganiZatiOn)组织了名为“国际电磁场计划”的全球性研究计划，调查研究极低频电磁场对人体健康带来的潜在风险。2007年，该研究计划形成了阶段性成果WHO"国际电磁场计划”的评估结论与建议。该报告中明确了人体曝露在显著大于100UT的磁场强度下，对人体健康有不利影响，这是ICNIRP导则和IEEE标准两个国际曝露限值标准制定的基础。同时，报告也指出目前没有充分证据证明长期低水平(磁场强度低于100UT)的极低频场曝露对健康有影响。关于长期低水平曝露对儿童期白血病有关的证据并不足以认定其存在因果关系，但该问题值得研究者继续保持关注。“国际电磁场计划”研究对各成员国的工频电磁场限值控制政策提出建议：工频电磁场长期低水平曝露的健康风险较低，在保证电力带来的社会及经济效益的前提下，采取低成本的预防措施也是合理的；但不建议以预防的名义降低电磁环境控制量化限值到任意水平。工频电磁场对电子设备的影响电磁兼容性形成电磁干扰必须同时具备3个要素：干扰源、传输路径、敏感设备。消除任何一个要素，电磁干扰问题就不存在。具体哪些设备属于敏感设备，首先需了解各种设备的电磁兼容性。IECTR61000-1-1：1992<Electromagneticcompatibility(EMC)Part1：General-SectionI：Applicationandinterpretationoffundamentaldefinitionsandterms针对电磁兼容(ElectromagneticCompatibility)的定义是指设备或系统在预期的电磁环境中按设计要求正常工作且不对环境其他物体形成不可承受影响的能力。即在特定的电磁场环境中，各类电子设备能否正常工作，决定于设备自身的抗电磁干扰能力。而不同类型电子设备其抗电磁干扰能力从制造标准要求而言也有所不同。工频磁场抗扰度试验国家标准GB/T17626.82006/IEC61000-48：2001电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验规定了不同工频磁场试验等级对应磁场强度要求，如表1所示。表I不同工频磁场试验等级对应磁场强度要求Tab.IRequirementsformagneticfieldintensityofdifferent,M)werfrequencymagnelicfieldIeslgrades等级稳定持续磁场的试验等级对应磁场强度/(Am)3*短时试验等级对应磁场强度/(Am)1I2331043030051001OooX特定特定注：I)等级I对应有电子束敏感装置使用的环境；等级2对应保护良好的环境；等级3表示受保护的环境；等级4表示典型的工业环境；等级5表示严酷的业环境、2)磁场强度1A/m,相当于自由空间的磁感应强度为1.26M不同类型典型电子设备的抗电磁干扰能力有电子束的敏感装置抗电磁干扰能力要求有电子束的敏感装置(如CRT显示器、电子显微镜等)对工频电磁场极为敏感，使用上述设备的电磁环境的工频磁场强度不应大于IAm.安全防范报警类设备的抗电磁干扰能力要求安全防范报警类设备（典型设备如视频监控系统设备、楼宇对讲系统设备、出入口控制系统设备、停车库（场）安全管理系统设备、入侵和紧急报警系统设备等）的抗干扰能力均应满足GB/T30148-2013/IEC62599-2：2010安全防范报警设备电磁兼容抗扰度要求和试验方法的相关要求。在上述标准中可以发现该类设备仅规定了针对射频电磁场（802700MHz）的抗干扰能力，而这类设备对工频电磁场并不敏感，故规范未作规定。消防报警类设备的抗干扰能力要求消防报警类设备（典型设备如火灾报警控制器、消防联动控制设备等）的抗干扰能力均应满足GB16838-2005消防电子产品环境试验方法及严酷等级的相关要求。同样，在上述标准中仅规定了针对射频电磁场的抗干扰能力，工频电磁场未作规定。医疗设备类设备的抗电磁干扰能力要求医疗设备类设备的抗干扰能力均应满足医药行业标准YY0505-2012/IEC60601-1-2：2004医用电气设备第1-2部分：安全通用要求并列标准：电磁兼容要求和试验的要求，该标准中医用电气设备针对工频电磁场的限制要求为3A/m。该标准等同采用IEC60601-1-2：2004,IEC60601-1-2：2014（MedicalelectricalequipmentPart1-2：Generalrequirementsforbasicsafetyandessentialperformance-Collateralstandard：Electromagneticdisturbances-Requirementsandtests对相关要求进行了修订，其医用电气设备针对工频电磁场的限制要求修改为30Amo工业网络类通信设备的抗电磁干扰能力要求GB/T30094-2013工业以太网交换机技术规范规定了典型工业环境稳定持续磁场强度限值为30A/m；严酷工业环境稳定持续磁场强度限值为IoOA/m。通信系统的数据中心存在大量电子设备及电力设施，且对系统稳定性要求非常高。GB50174-2017数据中心设计规范规定了数据中心主机房和辅助区内的工频磁场场强不应大于30Am.主机房与辅助区涵盖了服务器机房、网络机房、存储机房、总控中心、消防和安防控制室等电子设备用房。工频电磁场数据典型母线槽周边磁场分布数据大电流母线槽是变电所重要的磁场产生源,表2中笔者选择了4种常见变压器容量的进线低压密集型母线槽，采用ANSYSMaxwell软件进行其周边磁场仿真模拟（如图I所示）。表2低压进线母线槽的设定工况,ab.2Settingoperationconditionsoflow-voltageincomingbusslots变压器容量kA负载率补偿后功率因数cos母线槽编号母线槽计算电流/A6300.80.95A76680()0.80.95B973I0000.80.95C121612500.80.95D1520BuT17.349e-000 6 73476OoO 6.1224><×M 5.5102÷O4 B980e000 4.2857。*0003.735*000 3.0612”» 24490.000 1367÷000 1.2245*<XX) 6.1224-001 OoOoO”000图I典型母线槽周边磁场变化曲线Fig. 1 Curvesofmagneticfieldaroundtypicalbusslots上述变压器运行工况统一为负载率80%,功率因数0.95。该仿真模拟得到了4组低压密集型母线槽周边磁场强度随距离变化的分布情况，详见图2。图2低压进线母线槽在设定工况下周边磁场强度分布情况Fig. 2 Distributionofperipheralmagneticfieldintensityunderthesettingconditionsoflow-voltageincomingbusslots从图2可以看出，母线槽周边的磁场随距离衰减较大，距离3m左右，己基本降为环境背景值。典型变压器周边电磁场分布数据为了解变压器周边电磁场强度随距离的变化情况，中样本分别选用了裸露变压器以及非裸露变压器（铁皮全封闭），周边电磁场强度实测数据如图3、图4所示。测试点距离/m裸露变压器 T-非裸露变压器Ooooooo 5 4 3 2 1 1