电磁辐射污染已与放射污染、水质污染、大气污染、燥声污染等一起被确认为世界几大污染之一。近年来随着国民经济的快速发展和电力生产行业的快速发展,越来越多的发电厂和变电站出现,越来越多的高压、超高压输电线路穿越我们的生活环境,输变电设施的低频电磁污染逐渐进入了人们的讨论和研究范畴。1998年世界卫生组织(WHO)调查显示,电磁辐射对人体主要有五方面影响:是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因;对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害;是造成流产、不育、畸胎等病变的诱发因素;过量的电磁辐射直接影响大脑组织发育、骨髓发育、视力下降,导致肝病,造血功能下降,严重者可导致视网膜脱落;可使男性性功能下降,女性内分泌紊乱,月经失调。

1 输变电设施电磁辐射的产生

电磁辐射是以电磁波形式通过空间传播的能量流,在日常的生存空间电磁辐射无处不在。除太阳、雷电等自然因数外,交变电流的存在产生交变磁场,交变磁场反过来又会产生交变电场,因此只要有电流存在就一定会产生电磁波,也就一定会有电磁辐射存在。而在输变电系统中,电磁辐射源主要是高压输电线路和高压电力设备等产生的工频电磁波和少量因高次谐波引起的高频电磁波。电力系统是由发电厂、变电站、输配电线路和用电设备组成。由于输送电流的作用,输电线路可在线路周围及其地面产生一定的磁场,其水平与线路中的负荷电流的大小成正比例关系,此外还与同杆塔架设线路的回路数、导线的布置方式、相序和相间距等相关[1]。从电磁辐射影响大众的方面来说,与居民临近的主要是变电站和架空线路。

架空线路。输电线路产生周围产生的磁场水平与线路中负荷电流的大小成正比例关系,美国邦维尔电力局(BPA)和美国国家环境卫生科学研究院(NIEHS)通过研究和实际测试了常用高压架空线路附近的磁场水平,其中110kV、220kV、500kV线路各自以线路走廊中心为原点、分别在塔基正下方0米、15米、30米、60米、90米处的工频磁感应强度(μT)分别为:2.97、5.75、8.67,0.65、1.95、2.94,0.17、0.71、1.26,0.04、0.18、0.32,0.02、0.08、0.14。可看出对于中、低压架空配电线路来说,架空线路下方产生的工频电场和磁场水平较低,架空配电线路正下方的工频磁感应强度对于主干线路通常在1～2μT。

变电站周围。在各种不同等级的变电站及各类配电变电站中,与居民生活或工作场所相对较近的多为110kV电压等级及其以下的受电端变电站。美国国家环境卫生科学研究院(NIEHS)研究结果显示:环绕变电站外部的最强电磁场是由进站与出站的电力线路所产生,变电站内部设备产生的电磁场强度随着距离的增加而快速下降。上海交通大学电气工程系与杭州市供电局共同完成的《110kV变电所环保化设计技术研究》针对目前运行的三类典型的110kV变电站的磁场水平进行了测试发现,在较大负荷运行条件下,城市内部典型的110kV变电站围墙周围的工频磁场不超过3μT,在进线处产生的磁感应强度大约在20μT左右,变电站围墙外面10米处的工频磁场均下降到低于1μT以下。

变电站内部。在各级变电站中,在其内部产生最高磁感应强度的设备是各类高压电抗器。电抗器周围的工频磁感应强度大小与电抗器类型、有无金属外壳、外壳的材质、电抗器结构设计等有关系。根据实际测算,不论何种电抗器在距其中心10m以外工频磁感应强度一般已衰减到1μT以下。在各等级的变电站中大电流母线也是较大的工频磁场源,其中尤以距GIS(气体绝缘设备)金属筒1m以内区域的磁场水平为高(可达到100μT以上)。尽管GIS金属筒能有效屏蔽周围磁场,但因其结构紧凑、人体可距离筒体内大电流母线较近,因而旁边的电磁辐射水平远大于户外大电流母线。华东电力试验研究院在输变电设备工频磁场环境影响评价报告中对典型的220kV变电站内部进行了测试,结果如表2。

表1 工频电场、磁场与接触电流限值对照表 导出到EXCEL

测点位置 实测磁感应强度(μT)

数据范围 平均值 最大值

高压并联电抗器周围 距离外壳0.2m 350.0～426.0 379.0 426.0

距离外壳0.4m 100.0 100.0 100.0

距离外壳1.0m 42.0～44.0 43.3 44.0

表2 工频磁场与接触电流限值对照表 导出到EXCEL

测点位置 实测磁感应强度(μT)

数据范围 平均值 最大值

220kV变电站 2200kV户外变压器 0.1～6.0 2.0 6.0

110kV GIS外壳2m处 0.2～10.7 3.5 10.7

35kV GIS外壳2m处 0.2～42.0 7.0 42.0

220kV变电站 220kV出线隔间中央 1.41～28.9 8.6 28.9

220kVGIS 外壳0.8m 三相 46～158 85.2 158

单相 27～73.1 59.3 73.1

2 关于电磁辐射强度的标准

不同频率的电磁源对生物体作用的机理是不同的,电磁暴露(EMF)对生物体产生何种影响取决于电磁源的波长及其能量的大小。国际非电离辐射防护委员会(INIRC)发布的针对公众和受控环境内的最大允许暴露值和2002年美国IEEE批准发布的《IEEE关于人体暴露于0～3kHz电磁场的安全水平标准》作了规定(表3)。从目前研究来看,输变电设施周围的电磁强度低于人体安全标准,按照道理来说应不会对人体造成任何影响。但两个机构同时指出,该导则所规定的暴露限值并不是根据长期暴露的潜在影响制定的,其制定是根据所有已发表科学文献全面审核后的产物。

表3 工频电场、磁场与接触电流限值对照表 导出到EXCEL

标准 电场强度 磁感应强度 连续正弦波接触电流

职业 公众 职业 公众 职业 公众

ICNIRP 50Hz 10 5 500 100 1.0 0.5

60Hz 8.33 4.16 416.6 83.3

IEEE C95.6(2002) 20 5 2710 904 6/1.5 2.7/0.5

对于输变电技术来讲,高压、大容量输电技术是近20年逐渐迅速发展起来并大量应用的,因此在输变电设施电磁污染对环境的影响研究评价都还在不断进行中。再者人体组织病变的缓慢性,很多由于环境影响诱发的病症可能延续数十年时间,因此输变电设施电磁污染对人体的影响依然具有不确定性,不排除电磁辐射污染对公众的身体健康有潜在的、长期的影响,甚至会造成灾难性的后果。从其他区域或国家组织对工频磁场暴露的限值规定来看,各国家制定的限值都不一样,这也说明目前的限值规定在目前的研究结果上具有不确定性,就像污水排放一样,达到了合格标准并不代表排放的污水不会对环境造成影响。

世界卫生组织(WHO)在一项研究《电磁场与公共健康》指出[2],技术进步始终是与许多危害和风险相联系的,必须明确健康危害和健康风险的区别。危害是对人体健康的一种潜在损害,而风险则只是一个人可能受到特定危害的可能性(或概率),没有任何风险为零的事情。比如驾驶汽车时速度越快速风险就越高,EMF暴露也一样,超过一定的限制或时间EMF可能是一种潜在的危害。因此,要彻底防止电磁辐射对环境的危害,还需在输变电设施电磁研究上加大力度,在彻底研究清楚前应积极努力采取有效措施尽量降低输变电设施电磁辐射对人体的影响。

3 输变电设施电磁辐射的日常防护

技术方面。在供配电系统的建设上积极落实输变电线路的走向通道优化,将供电经济密度和环境影响结合考虑,在成本、效益合理的情况下积极改善输变电工程的电磁环境;新建变电站特别是城市负荷中心变电站尽量远离居民居住点,线路跨越民房时采用超标准设计,尽量拉开距离;加强在减小电力设施电磁辐射上面的投入,积极开展输变电设施的电磁辐射研究。

个人方面。日常活动包括居住、生活等尽量远离高压输变电设施,特别是高压输变电设施;变电站工作人员应加强自我防范,保持良好生活习惯,多吃一些胡萝卜、豆芽、西红柿、瘦肉、动物肝脏等富含维生素A和C及蛋白质的食物,注意锻炼身体,这些习惯对于预防和减轻电磁辐射的影响有较大帮助。