换流站直流配电装置区电磁环境分析

刘跟生，巩泉泉，江 红，窦丹丹

（国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003）

0 引言

在直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电，建设换流站。换流站内按照功能区可划分为直流配电装置区、阀厅、交流滤波场区、交流配电区等区域。在直流配电装置区域内存在直流合成场强、直流磁场和离子流等电磁环境因素，可能会对换流站作业人员造成健康危害。迄今未见±660 kV 换流站内直流配电装置区电磁环境的研究报道。选取某±660 kV 换流站，对其直流配电装置区的直流合成场强、直流磁场和离子流密度进行检测评估，了解直流配电装置区电磁环境现状，分析直流配电装置区电磁环境对作业人员的影响。

1 对象与方法

1.1 对象

选择±660 kV 换流站的直流配电装置区为研究对象，直流配电装置区内有极母线、接地极出线、平波电抗器、直流滤波器、中性线冲击电抗器、中性线冲击电容器、避雷器等设备，其中极母线高为15 m，中性母线高为7.2 m，极母线与平波电抗器连接处高13.5 m，极母线出线高19.5 m。

1.2 监测仪器

监测仪器选用意大利里氏公司（LSI-Lastem）高压直流环境监测系统，场磨采用1 m×1 m 的金属板作为接地参考平面，采用1 m×1 m 平板式双面金属板（威尔森平板）收集电荷电流，经校准合格，场磨和威尔森平板各10 套。

1.3 监测方法

检测方法参考DL／T 1089—2008《直流换流站与线路合成场强、离子流密度测试方法》，场磨和威尔森平板放置于地面进行测量，直流磁场测定1.5 m 高处强度，仪器自动记录，记录间隔为30 s，每个测点测量数据不少于100 个，多点同时测量。

检测时天气晴好，温度21.2～29.3 ℃，湿度48.1%～57.2%，风速0.5～2 m／s；检测时极I 电压为628 kV，电流为3 023 A，极Ⅱ电压为-631 kV，电流为3 024 A。

直流配电装置区的各通道每5 m 布置1 个测点，两侧道路每10 m 布置1 个测点，检测时同时记录测点附近的设备名称。

以直流配电装置区的东南角为原点，南北方向设为X 轴，东西方向设为Y 轴，其监测布点见图1。

1.4 数据处理

地面合成场强测量数据按测点统计，每个测点数据按绝对值大小排序，求得的数据中95%不超过的值为最大值，80%不超过的值为80%值，50%不超过的值为平均值。

离子流密度测量数据按测点统计，以90%值作为评价值。

2 数据分析

2.1 合成场强

在±660 kV 换流站的直流配电装置区共设置196 个检测点位，经检测统计，获得各检测点直流合成场强最大值、80%值和平均值。

其中具体检测数据的统计分布情况见表1，数据统计以国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）规定的25 kV／m 作为分析的临界值，表1 分别列明了以最大值统计、以80%值统计以及以平均值统计时的数据分布情况。以最大值统计时，检测结果绝对值超过25 kV／m 的作业点为15 个，以80%值统计时，检测结果绝对值超过25 kV／m 的作业点为12 个，以平均值统计时，检测结果绝对值超过25 kV／m 的作业点为8 个。以最大值统计时超标的15 个作业点覆盖了以其他两种方式统计时的超标作业点，因此上述15个作业点成为关注的重点。

直流合成场强以最大值统计时，合成场强平面分布和立体分布分别见图2 和图3。图中，蓝色区域表示合成场强强度在区间（-∞，-25］内，绿色区域表示在区间（-25，0］内，黄色区域表示在区间（0，25）内，红色区域表示在区间［25，+∞）内。结合图2 和图3 可知，直流合成场强强度绝对值较大的作业点主要分布在极Ⅰ、Ⅱ极母线接地开关、极Ⅰ、Ⅱ极母线平波电抗器、极Ⅰ直流滤波器附近，其余区域的合成场强较低。

上述15 个检测点的检测结果中，以最大值统计时，检测结果的绝对绝超过30 kV／m 的检测点有4个，最大值为36.0 kV／m，并且均未超过40 kV／m。

图1 直流配电装置区电磁环境检测布点

表1 直流配电装置区合成场强数据统计

图2 直流配电装置区合成场强平面分布（以最大值统计）

图3 直流配电装置区合成场强立体分布（以最大值统计）

表2 直流配电装置区合成场强强度较大检测点分布

2.2 离子流密度

±660 kV 换流站的直流配电装置区196 个检测点的离子流密度均小于100 nA／m2，90%值的最大值为86.61 nA／m2，位于极Ⅱ直流滤波器和平波电抗器之间。

2.3 直流磁场

±660 kV 换流站的直流配电装置区196 个检测点的直流磁场均小于1 mT，最大值为0.76 mT，位于极I 直流中心线冲击电抗器旁。

3 讨论

我国职业卫生标准中未对直流合成电场、离子流密度和直流磁场的职业接触限值进行规定。在电力行业标准中仅DL／T 275—2012《±800 kV 特高压直流换流站电磁环境限值》中有所规定，其中地面合成电场不超过30 kV／m，地面最大离子流密度不超过100 nA／m2，地面上方1.5 m 处的直流磁感应强度不超过400 mT，并且标准中说明其适用于标称电压为±800 kV 的特高压直流换流站。

部分文献［1-2］对直流电磁环境的限值结合对人体的可能影响做过综述性的研究，其中美国工业卫生协会规定的直流合成场强限值为25 kV／m；加拿大规定的线下直流合成场强和离子流密度限值分别为25 kV／m 和100 nA／m2；德国直流合成场强限值为40 kV／m，若每天暴露2 h，允许达60 kV／m；欧盟直流合成场强限值为42 kV／m，公众曝露限值为60 kV／m。

世界卫生组织（WHO）2006 年发布的《制订以健康为基础的电磁场标准的框架》推荐采纳国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）及电气与电子工程师协会（IEEE）制订的标准［3-4］。其中ICNIRP 导则中有所规定，在频率低于1 Hz 的静电电场中，对大多数人因表面电荷而引起烦恼的感觉不会发生在25 kV／m 场强以下，磁场的公众曝露限值为40 mT。中国电科院［5］做过此方面的基础研究，研究表明在直流线路下人体的感受试验中，在地面电场强度小于30 kV／m 的位置，皮肤感觉不明显。夏拥等［6］开展的研究显示，在±500 kV 直流换流站内开展带电作业时，作业人员裸露部位的局部最大直流场强不高于240 kV／m，屏蔽服内直流最大场强不高于15 kV／m，并以此作为作业安全的判断依据。

目前国内外关于直流电场强度、离子流密度以及磁场对作业人员的健康影响水平和程度没有明确的规定，从严格意义上来说，职业接触限值需要根据有害因素对作业人员引起的不良反应来制订。结合不同国家的限值要求以及相关的研究成果，本换流站直流配电装置区离子流密度和直流磁场均未超过相关的限值要求，但是直流合成场强强度需要引起一定的重视，本换流站部分作业场所的直流合成场强超过了30 kV／m。

直流电气设备的电场由带电设备上电荷产生的场和电晕引起的空间电荷（离子）产生的场合成，空间电荷运动产生离子流，离子遇到对地绝缘体，将附着在该物体上使其带电，可能引起人体的暂态电击，每个作业人员的个体体质不同，并且其作业携带的设备设施不同，可能对作业人员产生不同的影响，由于目前检测点仅放置了检测用设备，尚无法准确预估作业人员不同作业时产生的相关影响，出于对作业人员职业健康考虑，用人单位需要足够重视。

4 结语

通过检测发现，本换流站直流配电装置区部分作业点的直流合成场强强度较高，主要包括极Ⅰ、Ⅱ极母线接地开关、极Ⅰ、Ⅱ极母线平波电抗器、极Ⅰ极直流滤波器等区域，作业人员在巡检时可能会接触上述作业场所。出于对作业人员职业健康考虑，用人单位可以结合工作实际对作业人员的巡视路线以及巡视时间进行适当调整，尽可能减少作业人员接触上述作业点。若是条件允许可以采取其他更有效的措施进行，例如，目前智能巡检机器人已经在不同类型的交流变电站推广应用，采用机器人巡视可以有效避免作业人员接触高危害的作业点。另外，针对直流电场强度较高的作业点，可以采用望远镜远距离巡视的方式对需要巡视的设备进行参数记录及缺陷检查。