输变电线路电磁环境监测新技术
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模拟及预测的建模
理论基础 工频磁场 数学模型 的建立 架空线路产生 的空间磁场 由于工频情况下电磁性能的准静态性 质，线路的磁场仅由电流产生。 ①特高压交流单回输电线路 ②特高压交流同塔双回输电线路
高压交流输电线路工频 ①单回路排列方式 磁场的横向分布特性 ②双回路排列方式 高压交流输 电线路可听 噪声的预测 研究 (1)直接预测型：只适用于特定的线路结构类型(例如单回路水 平排列)或者特定的电压等级(例如550kV)； (2)间接预测型：可适用于各种线路结构类型(例如单回路、双 回路、水平排列、三角排列或垂直排列)和各种电压等级。
(1) 仪器测量 输变 电线 路电 磁环 境的 监测 方法
(2) 模型与软件 的模拟及预测
(1)我国特高压输电线路为多相交流，各种线路情况 及沿线电荷分布均不相同，建模简化后使得计算结果与 实际有较大的差异； (2)电磁场的分布还与当时的气象条件等有密切的关 系； (3)预测模型本身也存在着不可靠性。
对窄带辐射的测量设备的要求： 场强测量设备具备方向性响 应或各向同性，其带宽可以接收 并处理特定辐射的每个频谱分量， 如微波辐射、场强计和泄漏测量 仪等。用于测量宽频段电磁辐射 的宽带测量设备，在使用具有方 向性的探头的时候，应以测出最 大的辐射电频为准来调整探头的 方向。测量设备具有的量程和频 率范围应能够满足测量的需要， 其准确度应保证不超过 3dB。
一、输变电线路电磁环境监测重要性
二、电磁辐射标准
国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)曾在1998提出电磁场辐 射强度对人体危害的标准为100微特斯拉（0.1mT）。2007年，这 一标准被世界卫生组织正式推荐，并被世界上许多国家采纳。 目前我国也以100微特斯拉作为国家电磁场辐射强度对人体危 害的安全标准。 关于工频电磁场对人体健康和生态的影响，国内外包括医学
对宽带辐射的测量设备的要求： 场强测量设备要求能够接 收并处理带宽内某特定辐射的 一部分频谱分量，例如达到 《无线电干扰和抗干扰测量设 备规范》(GB/T6113. 1-1995) 中的要求的频谱仪、测量接收 机以及天线组合等。窄带测量 设备是用于测量具有单个或者 已知的频率的电磁辐射。
模型的模拟及预测
现有的预测模型都是将复杂的实际情况简化成理想的状态来计算和预测 输变电线路电磁场分布情况，其简化如下[1]： (1)大地为无穷大导体平面，电位为零。 (2)输电导线是有着相同半径、彼此间相互平行且与地面平行的无限长 光滑圆柱形导体，导线表面为等位面。 (3)电压等级已知，电荷分布沿线路无畸变，即不考虑线路电压降落， 并且忽略导体支持物(包括铁塔、金具和绝缘子等)及任何其它邻近物体的 影响。 (4)导线对地高度可按平均对地高度 hav Hs (2 / 3) SAG 考虑(其中， Hs SAG 为对应于年平均温度的导线弧垂)或一年中可 为导线悬挂点对地高度， 能出现的最低高度 h min。(即炎热夏季线路满负荷运行时档距中央的对地高 度)考虑。经过上述假定，求解特高压交流输电线路表面电位梯度和线下 空间电场问题可转化为二维交变电场问题，在工频条件下可作为二维静 电场问题进行分析。 [1] 牛林,赵建国,特高压交流输电线路电磁环境参数预测研究:[D].山东:山 东大学电力系统及其自动化,2008.
应用数据库系统 数据数理分析模型视 频/图像分析与识别 措施和辅助决策系统
数据发布系统
电源系统的设计
采用电源线直接供电会对传感器产生很大的引入误差。电源线引 入的干扰误差主要来源于供电导线的静电感应。因此，供电导线实行
多段隔离可极大地减弱电缆引入的对测量单元的干扰。
主 电 路
交流电 压输入 AC/DC 转换 滤波 电池组
输变电线路的电磁在线监测技术主要针对工频电磁场的监测。 监测单元 输电线路在线监测 系统一般包括三个 组成部分 监测基站 监测中心
检测单元
1.工频电磁数据采集模块 监测单元即工频 电磁场数据实时 采集及显示系统 2.时间同步采集模块 3.数据显示模块 4.数据传送模块 5.电源系统
6.主控制器
一种集数据采集、显示、存储、传送于一体 的输变电设备电磁环境监控系统
输变电线路所产生电磁场 及其环境问题主要考虑 由电晕放电引起的可听噪声 无线电干扰 监测对象：工频电场、工频磁场、由电晕放电引起的可听噪声及 无线电干扰
电磁环境监测
为了快速开展治理工作 ， 切实保护环境 ， 造福人 类 ， 对电磁污染进行调查研究 ， 有利于找准污染 源和电磁污染分布规律 ， 为评价和污染防治提供 依据 。 首先调查主要射频设备的分布使用情况 、 发射频率 范围和额定功率 ， 周 围 现场环境 、 人口分布等情 况 ； 再进行布点与监测 ， 电磁污染源产生 的场可分 为近场和远场 ， 衡量场的大小用电场强度 E 和 磁场 强度 H。 （ 1 ） 对环境中电磁辐射水平进行监测； （ 2） 对污染源进行监督性监测； （ 3） 为征收排污费或处理电磁辐射污染环境案件提供 监测数据； （ 4） 为编制电磁辐射环境影响报告书（表） 和编写环 境质量报告书提供有关监测资料，进行有关电磁辐射环 境保护的监测； （ 5） 对环境保护设施竣工验收的各环境保护设施进行 监测。
无线电 干扰的 预测模 型
(1)激发函数的确定 (2)无线电干扰电压的传播 (3)无线电干扰场强的计算
监测技术
缺点 监测技术
(1)电磁测量为手动，需要专门有经验的测量人员， 且存在安全风险； (2)人工测量难以得到全时段的电磁分布情况，测量 点分布多、分布要求繁琐，工作量大； (3)存在不易测量的地点，且测量时对气候要求高。
在线监测基站
是输变电线路附近的集中 处理若干监测单元的数据 收发工作一个中转站
将数据 传给
监测中心
监测中心
监控中心完成的功能包括：输电线路监测中心通讯系统、应用数据 库、在线监测数理分析模型、防范措施分析及辅助决策系统、输电线路 信息发布系统。
输电 线路 电磁 监测 中心 应用 系统 平台
数据远程通讯模块
五、总结与展望
在线实时监测技术能够很好地解决人工监测及模拟预测的各
种缺点，并且，在线监测技术还能为专家提供足够多的系统的监 测数据，还可以满足其他居民的登录了解某一根输变电线路的电
磁强度分布情况，有利于居民做好防护措施。在线监测虽然还处
于发展初级阶段，这一实时监测技术的发展符合我国的国情，促 进电力行业的进一步发展。
控 制 回 路
充电 隔离
电流电压 隔离处理
电流 电压 检测
控制器(DSP)
温度 检测
其中主电路的功能是将输入的交流电转变成蓄电池负载需要 的直流电，控制回路的功能是实现自动充放电和物理隔离的核心。
非磁性防感应支架的设计
该支架具有防水、防高温等功能，满足全天候工作要 求，并且可有效屏蔽外界固定装置的接入对测量结果的影 响。 支架内具有导流层，可与空气形成对流，有利于封闭 层内各部件的散热，避免户外高温环境下因长时间工作引 起系统过热而影响稳定性和精度情况的发生，提高系统的 可靠性。
谢谢！
(3) 类比测量
(1)类比测量存在当具体要测到某条线路，很 难找到建设规模、电压等级、容量、架线形式及 使用条件等各方面都类似的输电线路； (2)类比测量的精度不高。
输电线路的电磁环境在线检测技术
国内对于输电线路在线监测技术的研究始于2000年左右，然而对
输变电线路电磁环境的在线监测还处于初级阶段。
目 录
一、输变电线路电磁环境监测重要性 二、电磁辐射标准 三、输变电线路的电磁环境及监测 四、输变电线路电磁环境监测技术 五、总结与展望
一、输变电线路电磁环境监测重要性
水污染 大气污染 四大污染
噪声污染
电磁污染
电磁辐射是继水、噪声、大气之后的第四大环境污染源，随着社会的飞速发展， 各个地区城市化进程的加快及对供电可靠率要求的提高，高压、超高压和特高压输 电越来越普遍，输变电线路产生的电磁污染问题日趋严重。电磁环境问题已引起环
保、电力等相关部门甚至公众的关注。 从另一方面讲，公众普遍担心高压线路附近的地面工频电磁场会对人体产生巨 大危害，电磁环境纠纷及当地群众干扰输变电工程建设事件时有发生；高压交流输 电线路附近地面工频电场、工频磁场的限值要求也决定了铁塔的高度和输电走廊的 宽度等，对建设成本有直接影响，了解和掌握运行中的各类输变电设备周围实际电 磁环境水平和影响范围显得尤为重要。
系统软件设计
开始 系统初始化 点击开始 光纤传感器
系统首先通过控制器对外设进
读取数据 电磁数据切换
N
判断数据是否正确
Y
调历史数据
写数据库
显示上传数据 刷新显示
行初始化，数据的显示刷新率为8s， 数据保存的刷新率为5min。存储数 据的读取与发送采用中断的方式进 行，当需要进行数据的外传操作时 系统会检测到相应的中断信号，并 进入数据的读取传送操作程序，在 传送的同时也要进行数据的采集、 显示等，并通过网络接口传送至网 络平台可进行下一步的网络发布、 数据分析等。此外，系统开始工作 后，主控制器需不断检测传感器电 池的状态，如果电池电量不足需立 即闭合微时控开关对传感器进行充 电。
卫生机构、电力部门、高校研究机构等都进行了大量的研究工作，
取得了一些成果，但是关于工频磁场对人体的长期影响目前尚无 定论。
三、输变电线路的电磁环境及监测
运行中的输变电设备在其周围产生电磁场，电磁场以电磁波 形式通过空间传播能量流。我国输变电设备的工作频率是50Hz， 属于低频电磁场。 工频电场
工频磁场
调查 目的
电磁 污染 源调 查与 环境 监测
调查内容 及程序
电磁辐 射环境 监测的 主要任 务
四、输变电线路电磁环境监测技术
仪器监测 模型模拟及预测 类比监测 在线监测技术 发展不成熟 的监测技术 发展成熟的 监测技术
电磁辐射监测仪
在《电磁辐射暴露限值和测量方法》(征求 意见稿)[2]中，国家环境保护总局详细介绍 了2种电磁辐射监测仪及其要求 窄带辐射的测量设备 宽带辐射的测量设备
理论基础 工频磁场 数学模型 的建立 架空线路产生 的空间磁场 由于工频情况下电磁性能的准静态性 质，线路的磁场仅由电流产生。 ①特高压交流单回输电线路 ②特高压交流同塔双回输电线路
高压交流输电线路工频 ①单回路排列方式 磁场的横向分布特性 ②双回路排列方式 高压交流输 电线路可听 噪声的预测 研究 (1)直接预测型：只适用于特定的线路结构类型(例如单回路水 平排列)或者特定的电压等级(例如550kV)； (2)间接预测型：可适用于各种线路结构类型(例如单回路、双 回路、水平排列、三角排列或垂直排列)和各种电压等级。
(1) 仪器测量 输变 电线 路电 磁环 境的 监测 方法
(2) 模型与软件 的模拟及预测
(1)我国特高压输电线路为多相交流，各种线路情况 及沿线电荷分布均不相同，建模简化后使得计算结果与 实际有较大的差异； (2)电磁场的分布还与当时的气象条件等有密切的关 系； (3)预测模型本身也存在着不可靠性。
对窄带辐射的测量设备的要求： 场强测量设备具备方向性响 应或各向同性，其带宽可以接收 并处理特定辐射的每个频谱分量， 如微波辐射、场强计和泄漏测量 仪等。用于测量宽频段电磁辐射 的宽带测量设备，在使用具有方 向性的探头的时候，应以测出最 大的辐射电频为准来调整探头的 方向。测量设备具有的量程和频 率范围应能够满足测量的需要， 其准确度应保证不超过 3dB。
一、输变电线路电磁环境监测重要性
二、电磁辐射标准
国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)曾在1998提出电磁场辐 射强度对人体危害的标准为100微特斯拉（0.1mT）。2007年，这 一标准被世界卫生组织正式推荐，并被世界上许多国家采纳。 目前我国也以100微特斯拉作为国家电磁场辐射强度对人体危 害的安全标准。 关于工频电磁场对人体健康和生态的影响，国内外包括医学
对宽带辐射的测量设备的要求： 场强测量设备要求能够接 收并处理带宽内某特定辐射的 一部分频谱分量，例如达到 《无线电干扰和抗干扰测量设 备规范》(GB/T6113. 1-1995) 中的要求的频谱仪、测量接收 机以及天线组合等。窄带测量 设备是用于测量具有单个或者 已知的频率的电磁辐射。
模型的模拟及预测
现有的预测模型都是将复杂的实际情况简化成理想的状态来计算和预测 输变电线路电磁场分布情况，其简化如下[1]： (1)大地为无穷大导体平面，电位为零。 (2)输电导线是有着相同半径、彼此间相互平行且与地面平行的无限长 光滑圆柱形导体，导线表面为等位面。 (3)电压等级已知，电荷分布沿线路无畸变，即不考虑线路电压降落， 并且忽略导体支持物(包括铁塔、金具和绝缘子等)及任何其它邻近物体的 影响。 (4)导线对地高度可按平均对地高度 hav Hs (2 / 3) SAG 考虑(其中， Hs SAG 为对应于年平均温度的导线弧垂)或一年中可 为导线悬挂点对地高度， 能出现的最低高度 h min。(即炎热夏季线路满负荷运行时档距中央的对地高 度)考虑。经过上述假定，求解特高压交流输电线路表面电位梯度和线下 空间电场问题可转化为二维交变电场问题，在工频条件下可作为二维静 电场问题进行分析。 [1] 牛林,赵建国,特高压交流输电线路电磁环境参数预测研究:[D].山东:山 东大学电力系统及其自动化,2008.
应用数据库系统 数据数理分析模型视 频/图像分析与识别 措施和辅助决策系统
数据发布系统
电源系统的设计
采用电源线直接供电会对传感器产生很大的引入误差。电源线引 入的干扰误差主要来源于供电导线的静电感应。因此，供电导线实行
多段隔离可极大地减弱电缆引入的对测量单元的干扰。
主 电 路
交流电 压输入 AC/DC 转换 滤波 电池组
输变电线路的电磁在线监测技术主要针对工频电磁场的监测。 监测单元 输电线路在线监测 系统一般包括三个 组成部分 监测基站 监测中心
检测单元
1.工频电磁数据采集模块 监测单元即工频 电磁场数据实时 采集及显示系统 2.时间同步采集模块 3.数据显示模块 4.数据传送模块 5.电源系统
6.主控制器
一种集数据采集、显示、存储、传送于一体 的输变电设备电磁环境监控系统
输变电线路所产生电磁场 及其环境问题主要考虑 由电晕放电引起的可听噪声 无线电干扰 监测对象：工频电场、工频磁场、由电晕放电引起的可听噪声及 无线电干扰
电磁环境监测
为了快速开展治理工作 ， 切实保护环境 ， 造福人 类 ， 对电磁污染进行调查研究 ， 有利于找准污染 源和电磁污染分布规律 ， 为评价和污染防治提供 依据 。 首先调查主要射频设备的分布使用情况 、 发射频率 范围和额定功率 ， 周 围 现场环境 、 人口分布等情 况 ； 再进行布点与监测 ， 电磁污染源产生 的场可分 为近场和远场 ， 衡量场的大小用电场强度 E 和 磁场 强度 H。 （ 1 ） 对环境中电磁辐射水平进行监测； （ 2） 对污染源进行监督性监测； （ 3） 为征收排污费或处理电磁辐射污染环境案件提供 监测数据； （ 4） 为编制电磁辐射环境影响报告书（表） 和编写环 境质量报告书提供有关监测资料，进行有关电磁辐射环 境保护的监测； （ 5） 对环境保护设施竣工验收的各环境保护设施进行 监测。
无线电 干扰的 预测模 型
(1)激发函数的确定 (2)无线电干扰电压的传播 (3)无线电干扰场强的计算
监测技术
缺点 监测技术
(1)电磁测量为手动，需要专门有经验的测量人员， 且存在安全风险； (2)人工测量难以得到全时段的电磁分布情况，测量 点分布多、分布要求繁琐，工作量大； (3)存在不易测量的地点，且测量时对气候要求高。
在线监测基站
是输变电线路附近的集中 处理若干监测单元的数据 收发工作一个中转站
将数据 传给
监测中心
监测中心
监控中心完成的功能包括：输电线路监测中心通讯系统、应用数据 库、在线监测数理分析模型、防范措施分析及辅助决策系统、输电线路 信息发布系统。
输电 线路 电磁 监测 中心 应用 系统 平台
数据远程通讯模块
五、总结与展望
在线实时监测技术能够很好地解决人工监测及模拟预测的各
种缺点，并且，在线监测技术还能为专家提供足够多的系统的监 测数据，还可以满足其他居民的登录了解某一根输变电线路的电
磁强度分布情况，有利于居民做好防护措施。在线监测虽然还处
于发展初级阶段，这一实时监测技术的发展符合我国的国情，促 进电力行业的进一步发展。
控 制 回 路
充电 隔离
电流电压 隔离处理
电流 电压 检测
控制器(DSP)
温度 检测
其中主电路的功能是将输入的交流电转变成蓄电池负载需要 的直流电，控制回路的功能是实现自动充放电和物理隔离的核心。
非磁性防感应支架的设计
该支架具有防水、防高温等功能，满足全天候工作要 求，并且可有效屏蔽外界固定装置的接入对测量结果的影 响。 支架内具有导流层，可与空气形成对流，有利于封闭 层内各部件的散热，避免户外高温环境下因长时间工作引 起系统过热而影响稳定性和精度情况的发生，提高系统的 可靠性。
谢谢！
(3) 类比测量
(1)类比测量存在当具体要测到某条线路，很 难找到建设规模、电压等级、容量、架线形式及 使用条件等各方面都类似的输电线路； (2)类比测量的精度不高。
输电线路的电磁环境在线检测技术
国内对于输电线路在线监测技术的研究始于2000年左右，然而对
输变电线路电磁环境的在线监测还处于初级阶段。
目 录
一、输变电线路电磁环境监测重要性 二、电磁辐射标准 三、输变电线路的电磁环境及监测 四、输变电线路电磁环境监测技术 五、总结与展望
一、输变电线路电磁环境监测重要性
水污染 大气污染 四大污染
噪声污染
电磁污染
电磁辐射是继水、噪声、大气之后的第四大环境污染源，随着社会的飞速发展， 各个地区城市化进程的加快及对供电可靠率要求的提高，高压、超高压和特高压输 电越来越普遍，输变电线路产生的电磁污染问题日趋严重。电磁环境问题已引起环
保、电力等相关部门甚至公众的关注。 从另一方面讲，公众普遍担心高压线路附近的地面工频电磁场会对人体产生巨 大危害，电磁环境纠纷及当地群众干扰输变电工程建设事件时有发生；高压交流输 电线路附近地面工频电场、工频磁场的限值要求也决定了铁塔的高度和输电走廊的 宽度等，对建设成本有直接影响，了解和掌握运行中的各类输变电设备周围实际电 磁环境水平和影响范围显得尤为重要。
系统软件设计
开始 系统初始化 点击开始 光纤传感器
系统首先通过控制器对外设进
读取数据 电磁数据切换
N
判断数据是否正确
Y
调历史数据
写数据库
显示上传数据 刷新显示
行初始化，数据的显示刷新率为8s， 数据保存的刷新率为5min。存储数 据的读取与发送采用中断的方式进 行，当需要进行数据的外传操作时 系统会检测到相应的中断信号，并 进入数据的读取传送操作程序，在 传送的同时也要进行数据的采集、 显示等，并通过网络接口传送至网 络平台可进行下一步的网络发布、 数据分析等。此外，系统开始工作 后，主控制器需不断检测传感器电 池的状态，如果电池电量不足需立 即闭合微时控开关对传感器进行充 电。
卫生机构、电力部门、高校研究机构等都进行了大量的研究工作，
取得了一些成果，但是关于工频磁场对人体的长期影响目前尚无 定论。
三、输变电线路的电磁环境及监测
运行中的输变电设备在其周围产生电磁场，电磁场以电磁波 形式通过空间传播能量流。我国输变电设备的工作频率是50Hz， 属于低频电磁场。 工频电场
工频磁场
调查 目的
电磁 污染 源调 查与 环境 监测
调查内容 及程序
电磁辐 射环境 监测的 主要任 务
四、输变电线路电磁环境监测技术
仪器监测 模型模拟及预测 类比监测 在线监测技术 发展不成熟 的监测技术 发展成熟的 监测技术
电磁辐射监测仪
在《电磁辐射暴露限值和测量方法》(征求 意见稿)[2]中，国家环境保护总局详细介绍 了2种电磁辐射监测仪及其要求 窄带辐射的测量设备 宽带辐射的测量设备