近年来，随着社会经济的发展，用电负荷不断增长，电网容量持续增加，需要在用电负荷中心附近新建220 kV变电站，其中部分变电站会建在居民、工业密集区。同时伴随着城市化水平的提高，原本建在郊区野外的变电站逐渐被居民区等设施包围，部分居民长期暴露在其产生的工频电磁场环境中^[1]。随着我国环境保护政策的加强和公众环保意识的提高，工频电磁场所带来的潜在污染越来越受到关注。

在居民密集区新建变电站有一部分采用户内站的方式，户内站相对户外站占地小，不易被周边居民察觉，较少引起居民反感，但由于与人群的距离更近，所造成的工频电磁场更应引起注意。本文通过对两个不同布置方式220 kV变电站进行工频电磁场强度的分析，了解和掌握电磁环境的特点，研究在人群密集区更适宜的变电站布置方式。

1 变电站布置方式分类

220 kV变电站按布置方式分为户外布置、户内布置和半户内布置3种。典型户外布置变电站占地较大，安装简单，其变压器布置在室外，高、低压带电构架占据了较大的区域，互感器、隔离开关、断路器、避雷针等电气高压电气设备均安装在该区域，进线方式均为架空，采用空气绝缘的常规配电装置方式(air insulated switchgear, AIS)。户外布置变电站选取220 kV变电站1作为测试对象，该站地处农村，变电站周边均为农田，基本没有影响工频电磁场测试的干扰源。

目前户内布置变电站以装备GIS(gas insulated switchgear)的户内变电站最典型，也最先进。GIS即六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置，它有一个专门的GIS室，它将变电站内除变压器以外的高压电气设备，包括母线、接地开关、电压互感器、电流互感器、电缆终端、进出线套管、隔离开关、断路器、避雷器等，经优化设计有机的组合成一个整体，布置在GIS室内，GIS室代替了占地很大的户外站的带电构架区，主变压器封闭在一个单独的间隔内，进线方式一般为埋地，整个变电站布置非常紧凑，而且外形与一般建筑物没有差异。GIS变电站占地面积小，可靠性高，安全性强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年，很适合在城市范围内使用。GIS户内布置变电站选取220 kV变电站2作为测试对象，该站在城市规划区内，目前周边有少量低矮民房，没有高层建筑物，影响工频电磁场测试的干扰源较少。变电站1与变电站2均为降压变电站。

典型半户内布置的变电站的主变压器布置在户内，其它电气设备布置在户外，是前面两种布置方式的结合，兼具两种类型变电站的特点。因此，此次测试比较只选取前面两种方式的变电站，分析典型户外布置变电站和典型GIS户内布置变电站在工频电磁场强度方面的差异。

2 工频电磁场测量与分析方法 2.1 测试布点方法

变电站的工频电磁场测量分别在站内、外进行。站内测点的布置要考虑到工作人员在变电站内设备区的活动范围，户外站测点大部分分布在巡视道、带电构架下方和主要的电气高压电气设备附近。同时在各主变压器的高、低压侧均布置了测点。户内站的测点除主变压器高、低压侧外，均布设在GIS室。每个测点在距离地面1.5 m高度处进行工频电场、磁感应强度的测量^[2]。

变电站外测点在远离各主要进、出线的围墙外进行，以避开线路的影响，测点布置以围墙为起点，在垂直于围墙的方向上分布。

2.2 监测仪器

意大利产PMM 8053电磁场强度测试仪、PMMEHP-50A极低频电场分析仪。

2.3 对比选择

站内监测结果以两个站的主变压器监测数据进行对比分析，户外站的220 kV带电构架区和户内站GIS室均安装了互感器、隔离开关、断路器、避雷针等高压电气设备，将其监测结果进行对比分析。两个站的站外监测结果进行对比分析。

2.4 评价依据

我国职业卫生标准《工业企业设计卫生标准》(GBZ 1-2010)^[3]规定：产生工频电磁场的设备安装地址(位置)的选择应与居住区、学校、医院、幼儿园等保持一定的距离，使上述区域电场强度最高容许接触水平控制在4 kV/m以下。

我国职业卫生标准《工业场所有害因素职业接触限值因素物理因素》(GBZ 2.2-2007)^[4]规定：8 h公众场所工频电场职业接触限值为5 kV/m。

环境保护行业标准《500 kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》(HJ/T 2.4-1998)^[5]中推荐以4 kV/m的限值作为居民区工频电场评价标准，以100 μT的限值作为公众全天辐射磁感应强度评价标准。

本文中以5 kV/m作为站内工频电场限值标准，以4 kV/m作为站外工频电场限值标准；以100 μT作为各场所磁感应强度限值标准，以实测值与相对应标准的比值作为占标率，来对该位置的场强进行评价。

2.5 质量控制

为保证监测数据具备可比性，测试选择在晴朗的天气进行，变电站负荷率在70%~80%之间，测试期间变电站没有检修工作。每个监测点连续进行2次，取其均值作为代表。

3 监测结果比较 3.1 变压器高、低压侧监测结果比较

表 1为变电站1和变电站2各主变压器高、低压侧工频电场强度的监测结果，所有主变压器周边测点均未超过标准限值，最高占标率为25.6%。

变电站1的测试峰值在高压侧，为1 282 V/m，高压侧均值为965 V/m，低压侧均值为307 V/m；变电站2的测试峰值也在高压侧，为196 V/m，高压侧均值174 V/m，低压侧均值为82 V/m。可以看出同一个主变压器，高压侧测试结果明显高于低压侧，变电站1各主变测试值远高于变电站2各主变。变电站2各主变均安装在户内，空间小，主变与建筑物墙壁距离很近，形成畸变场，与变电站1各主变直接比较存在一定的不合理性，但考虑到变电站2各主变所有测点的测试结果均远低于变电站1，仍可认为户内式变电站2主变产生的工频电场强度远低于户外式变电站1。

表 2为两个变电站各主变压器高、低压侧磁感应强度的监测结果，所有测试值均未超过标准限值，最高占标率为30.8%。从结果看，变电站2主变高压侧最高，其次是变电站1主变低压侧，再其次是变电站2低压侧，最低的变电站1高压侧，不能发现明显规律。

3.2 变电站1带电构架区域和变电站2GIS室测试结果

所有测点均布设在220 kV高压区(表 3)。可以看到变电站2测试数据与低背景值相当，远低于变电站1测试结果和标准限值。而变电站1测试结果则相当的不乐观，出现了2个超过5 kV/m标准限值的测点，另外有2个测点的值超过了4 kV/m。但值得注意的是，在距离开关、断路器、互感器等高压电气设备稍远的巡检通道处，测试结果非常小，占标率均不到3%，说明带电构架区域产生的工频电场衰减是非常快的，到变电站厂界处，其结果将更低。

变电站1带电构架区域和变电站2GIS室工频磁感应强度监测结果详见表 4，测试结果最高为3.109 μT，均远离标准限值，不能明显区分出两种变电站的差别。

户外式变电站带电构架占地较大，且非常显著，如果在繁华市区出现，即使测试数据合乎标准的要求，也将引起民众不必要的恐慌，而采用户内式变电站，既可明显降低工频电场的强度水平，也不会引起民众的反感。

3.3 站界外监测结果

在两个变电站围墙外进行监测，测试位置需要远离各主要进、出线，以避开线路的影响。测点以围墙为起点，分布在垂直于围墙方向的一条直线，最远监测点距离围墙50 m，相邻监测点相距5 m。

站界外的工频电场监测结果见图 1，可以看出变电站2的监测值保持较低值，随着距离的增加基本无变化，可以推断其主要受其它因素的影响，受变电站本身的影响不大。

变电站1工频电场在围墙处较低，大约在5 m处出现峰值，此后随距离增加强度降低，但都远低于4 kV/m的限值标准。工频电场在围墙处较低与围墙的屏蔽作用有关，此分布规律与李红等^[6]报道的变电站工频电磁场强度调查一致。

站厂界外的工频磁感应强度监测结果见图 2，可以看出两个站的监测保持极低值，相对100 μT的标准限值，占标率均不到1%。

4 结语

比较两种不同布置方式220 kV变电站的工频电磁场监测结果，GIS户内布置变电站在主变压器附近的工频电场强度明显低于典型户外站，户内站的GIS室工频电场强度更是远远低于户外站高压带电构架，与背景环境极低值相当，后者还存在超标现象。两种变电站对站外周边环境产生的工频电场均能保持较低值。

比较工频磁感应强度的监测结果，二者没有明显的区别，均能保持较低值，户内站的GIS室产生的磁感应强度为极低值。

GIS户内布置变电站虽然投资大，管理能力要求高，但由于它占地面积小，可靠性高，安全性强，维护工作量很小，在用地紧张、用电需求严格的城市区域得到了广泛的应用，新建的220 kV及以下电压等级变电站一般采用这种方式。通过此次测试比较，表明GIS户内布置变电站能显著降低主变压器及其它高压电气设备区域的工频电场强度，从而有效地降低变电站工作人员及周围人群在变电站工频电场中的暴露水平，保护人群健康。