夏擁，劉紅太，林睿，左干清，張業(yè)茂

（1.中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州市， 510663;2.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，武漢市， 430074)

0 引言

高壓直流換流站的直流電場(chǎng)會(huì)使空間出現(xiàn)帶電粒子，這些帶電粒子在直流電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)形成空間離子流，故直流設(shè)備周?chē)碾妶?chǎng)為直流靜電場(chǎng)和空間離子流場(chǎng)的綜合場(chǎng)。有必要對(duì)直流綜合場(chǎng)和空間離子電流進(jìn)行測(cè)量、評(píng)估，以確定是否需要增加特殊的人員防護(hù)措施。本文對(duì)廣州換流站內(nèi)不同設(shè)備和構(gòu)架下的直流合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流進(jìn)行了測(cè)試，并以有/無(wú)施工機(jī)具作為對(duì)比。

1 直流合成場(chǎng)強(qiáng)與空間離子流的測(cè)量方法

直流合成電場(chǎng)為直流電暈產(chǎn)生的空間電荷形成的場(chǎng)強(qiáng)和標(biāo)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng)合成后的電場(chǎng)強(qiáng)度，kV/m。離子流密度為地面單位面積截獲的離子電流，nA/m2。目前，直流電場(chǎng)測(cè)量裝置不能適用于潮濕天氣條件下測(cè)量，而且雨天還存在未知影響因素，所以直流合成電場(chǎng)和離子流密度的測(cè)試應(yīng)在無(wú)雨、無(wú)雪、無(wú)霧的天氣條件下進(jìn)行。此外，由于離子流運(yùn)動(dòng)速度和空間分布受風(fēng)的影響很大，所以對(duì)于直流合成電場(chǎng)的測(cè)試及統(tǒng)計(jì)，特別規(guī)定應(yīng)在風(fēng)速小于5 m/s的條件下進(jìn)行。利用周期性變化的電荷所形成的電流可測(cè)出相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)[4]。本次測(cè)試采用的是快門(mén)型直流電場(chǎng)傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

感應(yīng)電極曝露于場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，為維持其電位，它的上面會(huì)積聚相應(yīng)的電荷，當(dāng)電場(chǎng)指向地面時(shí)積聚負(fù)電荷，電場(chǎng)指向上空時(shí)積聚正電荷。測(cè)試時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)快門(mén)作定速旋轉(zhuǎn)，其下部的感應(yīng)電極曝露于場(chǎng)強(qiáng)中的面積呈周期性變化。當(dāng)感應(yīng)電極被遮蔽時(shí)，其上的電荷流入大地，通過(guò)對(duì)電阻R上的壓降進(jìn)行測(cè)量可以表征探頭所在位置的電場(chǎng)強(qiáng)度。

離子流密度大小是通過(guò)測(cè)量對(duì)地絕緣的金屬板所截獲電流大小計(jì)算得出的。測(cè)試中，采用1 m×1 m的金屬板，該金屬板通過(guò)1個(gè)高靈敏度電流表接地。

2 換流站測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)評(píng)估

測(cè)試區(qū)域有8個(gè)，包括：極I穿墻套管外、極I管母下、極I電容器塔外、極I龍門(mén)架外、極II穿墻套管外、極II管母線(xiàn)下方、極II電容器塔外與極II龍門(mén)架外。測(cè)試氣象條件為：天氣晴，氣溫16℃，濕度35%，風(fēng)向北風(fēng)，風(fēng)速1.8 m/s。測(cè)試換流站運(yùn)行方式為雙極金屬回線(xiàn)方式運(yùn)行，中等負(fù)荷。

2.1 穿墻套管下方

極I穿墻套管處測(cè)量位置分布如圖2所示，極I穿墻套管下方合成場(chǎng)的最大值如表1所示。極I穿墻套管外地面合成場(chǎng)小于30 kV/m，距地面2 m高處的合成場(chǎng)較地面場(chǎng)強(qiáng)有較大增加。因該處強(qiáng)度低，并且早晨開(kāi)始測(cè)試時(shí)風(fēng)力較大，未測(cè)量到離子流。

圖 22套管處測(cè)量位置示意圖FFiigg.. 22Measurement location at wall-penetrating pipee

表1 極I 穿墻套管下方測(cè)試結(jié)果Tab.1 Measurement results under the electrode I all-penetrating pipe

極II穿墻套管下方合成場(chǎng)與離子流密度的最大值如表2所示。極II穿墻套管?chē)鷫ν獾孛嬷绷骱铣蓤?chǎng)較小，小于15 kV/m，離子流密度較大，測(cè)試中最大值為559 nA/m2，但隨至套管距離的增加衰減較快，距地面2 m高處的合成場(chǎng)較地面場(chǎng)強(qiáng)有較大增加。

2.2 管母線(xiàn)下方

極I管母線(xiàn)下方的合成場(chǎng)最大值如表3所示。極I管母附近地面直流合成場(chǎng)小于30 kV/m，距地面2 m高處的合成場(chǎng)較地面場(chǎng)強(qiáng)有較大增加。因該處強(qiáng)度低，并且早晨開(kāi)始測(cè)試時(shí)風(fēng)力較大，未測(cè)量到離子流。

表2 極II穿墻套管下方測(cè)試結(jié)果Tab.2 Measurement results under the electrode II wall-penetrating pipe

表3 極I管母線(xiàn)下方測(cè)試結(jié)果Tab.3 Measurement results under the electrode I bus tube

極II管母線(xiàn)下方的合成場(chǎng)最大值如表4所示。極II管母線(xiàn)下方附近區(qū)域地面直流合成場(chǎng)略大于30 kV/m，離子流密度小于100 nA/m2，距地面2 m高處的合成場(chǎng)較地面場(chǎng)強(qiáng)有較大增加。

表4 極II管母線(xiàn)下方測(cè)試結(jié)果Tab.4 Measurement results under the electrode II bus tube

2.3 電容器塔下方

極I電容器塔下方的合成場(chǎng)與離子流密度的最大值如表5所示。極I電容器塔外地面直流合成場(chǎng)小于30 kV/m，離子流密度小于100 nA/m2，距地面2 m高處的合成場(chǎng)較地面場(chǎng)強(qiáng)有較大增加。

極II電容器塔下方的合成場(chǎng)與離子流密度的最大值如表6所示。極II電容器塔外地面直流合成場(chǎng)小于30 kV/m，離子流密度小于50 nA/m2，距地面2 m高處的合成場(chǎng)較地面場(chǎng)強(qiáng)有較大增加。

表5 極I 電容器塔下方測(cè)試結(jié)果Tab.5 Measurement results below the electrode I bus tube

表6 極II電容器塔下方測(cè)試結(jié)果Tab.6 Measurement results below the electrode II capacitor tower

2.4 龍門(mén)架下方

極I龍門(mén)架外地面的合成場(chǎng)與離子流密度的最大值如表7所示。極I龍門(mén)架外地面直流合成場(chǎng)較大，大于30 kV/m，離子流密度小于100 nA/m2，距地面2 m高處的合成場(chǎng)較地面場(chǎng)強(qiáng)有較大增加。

表7 極I 龍門(mén)架下方測(cè)試結(jié)果Tab.7 Measurement results below the electrode I gantry

極II龍門(mén)架外地面的合成場(chǎng)與離子流密度的最大值如表8所示。極II龍門(mén)架外地面直流合成場(chǎng)地面合成場(chǎng)較大，大于30 kV/m，離子流密度小于20 nA/m2，距地面2 m高處的合成場(chǎng)較地面場(chǎng)強(qiáng)有較大增加。

表8 測(cè)試結(jié)果Tab.8 Measurement results

3 安全防護(hù)評(píng)估

3.1 直流場(chǎng)強(qiáng)對(duì)人體的影響

國(guó)際電工委員會(huì)（international electrotechnical commission，IEC)對(duì)交、直流下人體生理效應(yīng)有如表9推薦值[5]。

根據(jù)試驗(yàn)，長(zhǎng)期流入人體的交流允許值為80～120μA，因此，在制定職業(yè)人員安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程時(shí)，對(duì)流經(jīng)人體的持續(xù)交流電流控制值也作了相應(yīng)的規(guī)定，國(guó)內(nèi)一般規(guī)定為小于50μA。由表9可見(jiàn)，人體對(duì)直流電流反應(yīng)的敏感不如交流，IEC推薦直流與交流有效值影響效應(yīng)等效的比值為2～4（人員感知水平的比值為4，引起心室纖顫的比值為3.75)。為安全起見(jiàn)，取長(zhǎng)期允許工作電流的比值為2，對(duì)于500 kV直流輸電系統(tǒng)的帶電作業(yè)，流經(jīng)作業(yè)人員的人體電流控制水平應(yīng)小于100 μA，為進(jìn)一步增大安全裕度及作業(yè)人員的身體舒適度，可將人體直流電流的控制水平也規(guī)定為小于50 μA[7]。

表9 IEC對(duì)人體電流生理效應(yīng)的推薦意見(jiàn)Tab.9 Recommendation on the physiological effects of IEC on human body

國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（international commissiononnon-ionizingradiationprotection，ICNIRP)雖然沒(méi)有直接給出適用于一般公眾的1 Hz以下的電場(chǎng)強(qiáng)度暴露參照水平，但在注釋中指出：對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，在頻率低于1 Hz的靜電電場(chǎng)中，因表面電荷而引起的煩惱感覺(jué)不會(huì)發(fā)生在25 kV/m場(chǎng)強(qiáng)以下。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于直流電場(chǎng)強(qiáng)度和空間離子流大小對(duì)人員健康影響水平和程度是沒(méi)有明確規(guī)定的。根據(jù)試驗(yàn)，對(duì)于直流電場(chǎng)對(duì)人體產(chǎn)生的影響效應(yīng)，同一電場(chǎng)值下直流電場(chǎng)的影響效應(yīng)要小于交流電場(chǎng)。直流電場(chǎng)感知水平比交流電場(chǎng)感知水平約增加14 kV/m[9-10]，即人體對(duì)直流電場(chǎng)的感覺(jué)低于交流電場(chǎng)。那么，實(shí)際上作業(yè)人員在直流電場(chǎng)中的安全控制值可高于交流電場(chǎng)。如果采用與交流電場(chǎng)等同的安全控制水平，則相當(dāng)于增大了安全裕度。因此，在±500 kV直流換流站內(nèi)開(kāi)展帶電作業(yè)時(shí)，規(guī)定作業(yè)人員裸露部位的局部最大直流場(chǎng)強(qiáng)不高于240 kV/m，屏蔽服內(nèi)直流最大場(chǎng)強(qiáng)不高于15 kV/m，以此作為各種作業(yè)方式及防護(hù)用具的安全判斷依據(jù)。

4 結(jié)論

根據(jù)廣州±500 kV換流站內(nèi)合成場(chǎng)強(qiáng)的實(shí)測(cè)結(jié)果，無(wú)叉車(chē)時(shí)，地面測(cè)量直流場(chǎng)強(qiáng)的最大值在極I龍門(mén)架附近，其值為49.51 kV/m，2 m處測(cè)量直流場(chǎng)強(qiáng)的最大值在極I龍門(mén)架附近，其值為125.2 kV/m;有叉車(chē)時(shí)，地面測(cè)量直流場(chǎng)強(qiáng)的最大值在極Ⅰ龍門(mén)架附近，其值為44.77 kV/m，2 m處測(cè)量直流場(chǎng)強(qiáng)的最大值在極Ⅰ龍門(mén)架附近，其值為124.2 kV/m。故站內(nèi)各區(qū)域地面和2 m高處的直流合成電場(chǎng)強(qiáng)度均小于240 kV/m（交流輸變電工程下的人體感知水平)，且在有施工機(jī)具存在時(shí)，其電場(chǎng)強(qiáng)度值進(jìn)一步降低，因此，站內(nèi)機(jī)具施工人員可不采取額外安全防護(hù)措施來(lái)進(jìn)行電場(chǎng)防護(hù)。

根據(jù)廣州±500 kV換流站內(nèi)離子流密度的實(shí)測(cè)結(jié)果，無(wú)叉車(chē)時(shí)，地面測(cè)量離子流密度的最大值在極II套管附近，其值為935 nA/m2，有叉車(chē)時(shí)，地面測(cè)量離子流密度的最大值在極II套管架附近，其值為816 nA/m2。綜上所述，站內(nèi)各區(qū)域因空間離子流存在而引起的離子流密度小于1 000 nA/m2，并且除穿墻套管外的區(qū)域，離子流密度普遍低于100 nA/m2，且在有施工機(jī)具存在時(shí)，其離子流密度進(jìn)一步降低，因此，站內(nèi)機(jī)具施工人員可不采取額外安全防護(hù)措施對(duì)離子流進(jìn)行防護(hù)。

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（編輯：蔣毅恒)