电力职业环境中的工频电场曝露水平有多大??
在500kV户外布置式(或采用户外设备户内布置式)的高压变电站中,电力职业人员在高电压裸露母线及设备高压引线下方,或在邻近无金属接地外壳的高压电气设备周围,可能曝露于较高的电场强度环境中。而在较低电压等级的变电站内,电场水平则相对较低。在采用气体绝缘全封闭组合电器(GIS)设备的500kV及以下高压变电站内,由于高电压母线、全部(或大部分)出线以及主要电气设备均封闭在接地的金属壳体中,职业人员在其周边的电场曝露水平也相对很低。
从上世纪80~90年代至今,国内已有不少单位对超高压户外型变电站内的空间电场分布与电场强度水平进行了详细的研究、计算与测试,并取得了与国外同类研究相一致的结果。
文献《超高压变电所电场分布的一种计算预测方法》介绍了西安交通大学对国内7座500kV变电站内电场强度分布的数值计算及实测结果。该研究指出:500kV高压变电站内,邻近地面的空间电场强度分布是很不均匀的,它取决于高压带电裸导体对地高度、三相导体相间距离以及设备基座等接地体的屏蔽作用大小。研究结果表明:
(1)设备基座(接地体)对地面1.5m高度处空间电场强度的削弱作用极为明显。根据对某500kV变电站的空间电场强度分布统计,整个站区内未被设备基座、构架等接地体屏蔽,而出现较高电场强度的部位统计比例很小(表1),95%以上测点邻近地面电场强度在8kV/m以下。该文献还列出了对美国某变电站的类似统计结果(表2)。
表1 国内某500kV变电站地面附近空间工频电场强度统计分布
电场强度统计范围/kV·m-1 |
0~5 |
5~8 |
8~10 |
>10 |
计算统计分布百分比/% |
62.76 |
34.61 |
2.63 |
0.0 |
模拟试验统计分布百分比/% |
55.74 |
40.30 |
3.89 |
0.03 |
表2 与美国500kV变电站工频电场强度分布对比
电场强度统计范围/kV·m-1 |
0~5 |
5~7 |
7~9 |
9~10 |
统计分布百分比/% |
64.0 |
27.7 |
7.0 |
1.1 |
(2)在500kV断路器和电流互感器旁的电场强度相对较高。这主要是由于断路器(无论是SF6、空气或少油式)的端部(灭弧室、均压电容、合闸电阻等),比其它电器设备的高压带电部分尺寸大;而电流互感器则因其一次线组将高电压在瓷套内向下延伸,导致地面电场强度增大。图1给出了断路器—电流互感器区域附近的地面电场强度E沿M-M断面及沿N-N断面的分布。
图1 500kV变电站内、断路器—电流互感器区域电场强度分布
文献《沙岭子电厂500kV变电站工频电场分布模拟试验》介绍了某电厂500kV升压变电站内工频电场分布的模拟试验结果。按站内2 175个测点统计,离地面1.5m处空间电场强度分布如表3,个别点最高电场强度为12.03kV/m。文献指出:设备支柱、出线门架、母线门架、设备外壳、散热器以及控制楼房等均对电场起屏蔽削弱作用,上述受屏蔽影响区域电场强度均较低。
表3 500 kV升压变电站内距地面1.5 m高度空间工频电场强度分布统计
电场强度统计范围E/kV·m-1 |
E<3 |
3≤E<5 |
5≤E<8 |
8≤E<10 |
E≥10 |
测点数 |
728 |
650 |
692 |
92 |
13 |
百分比/% |
33.6 |
30.0 |
31.2 |
4.0 |
0.6 |
文献《输变电设备工频场环境影响综合报告(输变电设备工频场环境影响及标准研究报告之四)》报道了对华东电网500kV及220kV变电站内工频电场的现场实测调查,结果表明:在500kV变电站场地走道中间,沿走道测得离地1.5m高度处的工频电场强度最大值为10.0kV/m;其中,绝大多数实测值在8kV/m以下。220kV变电站带电设备走道中央测得的电场强度最大值为6.12kV/m;绝大多数实测值在2~5kV/m之间。文献《110 kV变电所环保化设计技术研究》在110kV户外布置式变电站站内,实测距地面1.0m高度的电场强度,最大值不超过1kV/m。
综上所述,在电力职业环境中可能遇到的最高电场强度曝露场所是在500kV户外布置式变电站内的高压导线下方及常规(空气绝缘)户外变电设备附近区域。95%以上测点的最大工频电场强度水平在8kV/m以下,个别部位最大电场强度可能略高于10kV/m。
高压变电站内的高压配电装置区域是典型的“受控区域”。
信息来源:《输变电设施的电场、磁场及其环境影响》 中国电力出版社
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