汪洪军 黄攀 董玉平 孔伟 刘延

摘要：素地电磁环境实测与分析对于先进测量实验室建设意义重大，可用于指导先进测量实验室建设选址的适用性和电磁环境影响控制设计。以中国计量科学研究院实验基地先进测量实验区为研究对象，制定测试方案，对实验区素地电磁环境特性进行测试。结果表明，该实验区建设地块四周工频磁场磁感应强度均大于0.01μT，动力站和10 kV 变电站周边更大，实验区核心位置磁感应强度基本在0.01μT 附近，为满足实验室工频磁场容许值，建设地点应沿周边道路退让一定距离，并应远离动力站和变电站，对工频磁场环境要求更为严格的实验室应依据测试数据采取必要的屏蔽处理措施;实验区所有位置的射频电场强度26～3000 MHz频段均小于1 V/m，最大场强为0.5037 V/m @26.3125 MHz，该频段射频电场强度对实验室建设影响不大，无需做任何防护处理措施。

关键词：实验室;素地;电磁环境;现场测试

中图分类号： TB973;TU18文献标志码： A文章编号：1674–5124（2021）12–0001–05

Measurement and analysis of electromagnetic environment in ground in plainadvanced measurement experimental area

WANG Hongjun1，HUANG Pan1，DONG Yuping2，KONG Wei1，LIU Yan1

（1. National Institute of Metrology， China， Beijing 100029， China;2. Beijing Branch of

Nanjing Bosen Technology Co.， Ltd.， Beijing 100027， China）

Abstract： The measurement and analysis of the electromagnetic environment is of great significance for the construction of the advanced measurement laboratory， which can be used to guide the applicability of the constructionsiteselection of the advanced measurement laboratory and the design of the electromagnetic environment impact control. Taking the advanced measurement experimental area of the experimental base of National Institute of Metrology as the research object， the test scheme is made to test the electromagnetic environment characteristics of the experimental area. The results show that the magnetic induction intensity of power frequency magnetic field around the construction site of the experimental area is greater than 0.01μT. The magnetic induction intensity around the powerstation and 10 kVsubstation is larger. The magnetic induction intensity at the core of the experimental area is basically around 0.01μT. in order to meet theallowable value of power frequency magnetic field of the laboratory， the construction site should retreat acertain distance along the surrounding road， and should be far away from the power station and substation For a more strict laboratory， necessary shielding measures should be taken according to the test data; the RF electric field strength of all positions in the experimental area is less than 1 V/m in the 26-3000 MHz frequency band， and the maximumelectricfieldstrength is 0.5037 V/m @26.3125 MHz， which has little impacton the laboratory construction and does not need any protective measures.

Keywords： laboratory; plain ground; electromagnetic environment; field test

0引言

近年來，随着科教兴国战略的深入实施，国家对科技教育领域的投入也越来越大，各个大学、科研院所纷纷兴建新的先进测量实验室，并自研或采购大量的高端科学仪器。但由于对实验设备正常使用所需的电磁环境条件的要求认识不足，在建设选址阶段不了解建设区域素地电磁环境状况，在实验室附近布置了大量的无线电通信设备和高压变配电设施且未对其做任何的处理措施，最终导致精密仪器设备损害、降低测量精度或产生难以接受的偏离。

影响仪器正常工作的电磁污染主要是工频电磁场和无线电干扰，其主要来源于变配电设备、大功率广播发射台、无线通信等，这些设施设备产生的复杂干扰会给检测数据采集和监测仪器正常运行带来困难[1-2]。如果电磁场强度过大，还可能对人体健康造成危害[3-6]。由于电磁场看不见、摸不到，不易被察觉，大多数设计者又缺乏对电磁污染相关知识的了解，在实验室建设选址和设计时就会对电磁干扰产生某些认识误区或忽略其影响。当一个地块被选择拟作为先进测量实验室建设用地时，通常需要对素地电磁环境进行现场测试及分析，以便对建设地块工频磁场和射频干扰的影响进行量化评价。若素地测量值超过实验室所要求的电磁环境容许值，则该场地通常将被拒绝，或采取有效的电磁环境防护措施。另外，在建设用地选择过程中，还应考虑场地未来使用以及场地周围环境的发展情况。因此，在先进测量实验室建设前对素地进行相关频段电磁和射频环境测试分析，了解实验室建设地块的电磁环境影响水平是十分重要的，这不仅是保证先进测量实验室精密仪器设备安全正常使用至关重要的程序，也是科学规劃实验室建设布局和精准电磁防护处理的重要技术手段[7]。

通常来讲电磁干扰源同电磁辐射一样，也分为两大类：自然干扰源和人为干扰源。自然干扰源主要来自于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。人为干扰源是由部分设备辐射的电磁波产生电磁能量干扰，其中一部分设备是特地用来发射无线电波的装置，另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁波[8]。变电站、通信天线塔和动力机房作为人为干扰源是实验室建设常见的配套基础设施。有关研究[9-12]表明，这些设施对周围环境产生的电磁污染主要有工频电场、磁感应强度和射频干扰，其中最主要的污染因子为射频电场和工频磁场。刘岳定等[13]对典型变电站站场外工频电磁场进行了实测分析，得出变电站站场外工频电磁场的分布规律及变化趋势。濮文青等[14]进行了典型移动通信基站电磁辐射环境影响分析，确定了移动通信基站的电磁辐射环境影响的评价因子、评价范围。段锋等[15]对二次雷达场地周围电磁环境进行了测试，结果表明距离较近的高速公路产生的峰值场强、平均值场强均不会影响该机场拟建空管二次雷达的正常运行。目前，针对人为干扰源工频电磁场分布特性的研究主要集中在现场测试、数值计算与模拟试验三种方式[16]。

本文以中国计量科学研究院实验基地先进测量实验区建设地块为例，对拟建设区域素地电磁环境影响特性进行实测与分析，重点评估先进测量实验区电磁干扰对实验环境产生的量化影响，以指导该实验区整体规划布局和电磁防护设计，亦可为类似精密实验室工频磁场和射频电场环境影响特性研究提供借鉴。

1工程和控制标准概况

中国计量科学研究院实验基地位于龙山脚下，占地面积约550000 m2，南北长约1300 m，东西200～700 m 不等。实验基地西南角设有35 kV 变电站一座，靠近35 kV 有一座高约20 m 的通信天线塔。先进测量实验区位于实验基地中间位置的东侧，紧邻龙山，总规划实验室建设面积约50000 m2，地下一层，局部地上一至两层，在该地块范围内东北角和地块西侧各有一座10 kV 变电站，北侧为院区支干道，支干道北侧为已建设完成的空调等动力机房。如图1所示。实验基地先进测量实验区主要开展以量子物理为基础的计量基础研究和拓展新的计量科技领域中各类前瞻性、基础性和战略性计量科学研究，从事这些研究工作所需要的精密设备对电磁环境要求较高。

精密设备的电磁环境容许值由精密设备本身决定，一般通过试验确定，当条件限制难以实现时，可以对现有精密设备的电磁环境调查及统计分析得到该类设备正常工作的电磁环境容许参考值。当精密设备曝露在多个频率的电场、磁场、电磁场中时，电磁环境的评价应综合考虑其影响[17]。现行国家标准 GB 8702—2014《电磁环境控制限制》规定了环境中电场强度、磁感应强度公众曝露的均方根值控制限值，如表1所示[18]。根据实验要求，先进测量实验室电磁环境容许值严于国家标准 GB 8702—2014规定的公众曝露控制限制，工频磁场磁感应强度容许值为0.01?T， 26～3000 MHz 频段射频电场强度容许值为1 V/m。

2电磁环境现场测试

为充分评估中国计量科学研究院实验基地先进测量实验区周边变配电站、动力站和通信天线塔等人为干扰源电磁环境特性，本文参照现行电力行业标准 DL/T 988—2005[19]和 DL/T 799.7—2010[20]，并结合先进测量实验区精密设备及仪器的电磁环境容许值、场地及周边布置图、实验楼拟建位置及周边人为干扰源位置等资料，制定测点布置方案，开展实验基地先进测量实验区射频电场和工频磁场测试和分析。数据采集前，传感器应进行试采样及对比分析。采样期间，要求除规定的电磁干扰源及干扰源组合外，施工等其余临时可控干扰源应暂时停止，20 m 范围内无关人员不得靠近。

测试仪器选用经过校准且在有效期内，频率范围5～100 kHz 配有 EHP-50C 探头的 PMM 8053B 场强计，频率范围26～3000 MHz 配有3-AXIS- ANTENNA 探头的 SRM-3006分析仪和配有Schwarzbeck全向双锥天线的 FSP30频谱分析仪。鉴于建设场地过大，工频磁场测量分两次布点测试。第一次测试共布置117个测点，第1-97号测点围绕先进测量实验区边沿布置，每隔4 m 布置1个点，第101-108号测点围绕先进实验区内东北侧的10 kV 变电站布置，每隔2 m 布置一个点，第201-211号测点布置在先进测量实验区北侧已建实验楼动力机房前，每隔4 m 布置一个点，第301号测点布置在实验区内，使用 FSP30频谱分析仪和Schwarzbeck全向双锥天线对该点进行测量，测点布局如图2所示。第二次测试共布置57个测点，第2101-2504号测点布置在先进测量实验区内，每隔10 m 布置一个点，第2601-2608号测点围绕先进测量实验区内东北侧的10 kV 变电站低压配电室，紧贴配电室箱体布置测试点，第2701-2708号测点布置配电室外围，距离配电室箱体3m 的位置，测点布局如图3所示。射频电场测试共布置测点51个，在先进测量实验区内按照等间距梯田状布置，测点布局如图4所示。

测试原则如下[17-18]：1）测试时保持室外环境湿度在80%以下;2）测量仪表架设在地面以上1.5 m 的位置;3）测试高压设备附近工频磁场时，测量探头距离设备外壳边界1 m;4）测试人员距离仪器5 m 以外，关闭或不使用产生辐射电磁场的便携式设备;5）测试期间，各种设施正常运行，每个测点连续测5次，每次测量时间大于15 s，读取稳定状态的最大值，若测试值波动较大，则适当延长测量时间。

3测试结果与分析

作者在对中国计量科学研究院实验基地先进测量实验区两次测试期间，室外环境温度为20.5～23.8℃，湿度为37.5%～54.1%，风速为0.8～1.5 m /s，大气压为101.25 kPa，变电站和周边动力站等主要干扰源运行正常，满足电磁环境测试要求。

图5和图6为先进测量实验区建设地块四周、建设区域内的10 kV 变电站四周以及靠近建设地块方向动力站附近的工频磁场磁感应强度测试结果。

結果表明，所有测点工频磁场磁感应强度均大于0.01?T，不满足实验室建设所要求的工频磁场磁感应强度容许值，10 kV 变电站周边测点101-108和动力站周边测点201-211磁感应强度值更大，与距离动力站和10 kV 变电站较近受到干扰有关，建议搬迁该变电站或远离实验室建设地点。

图7和图8为与第一测试相同工况下，先进测量实验区地块内、紧贴400 V 低压配电室以及距离配电室3米四周的工频磁场磁感应强度测试结果。根据实测数据可以看出如下规律：

1）退让主路20 m，来自该方向的工频磁场磁感应强度由平均0.35?T 衰减到平均0.01?T，且基本稳定;退让支路15 m，来自该方向的工频磁场磁感应强度由平均0.45?T 衰减到平均0.015?T。实验室在规划设计时，退让周边道路一定距离，将无需再做特殊屏蔽处理。

2）实验区内核心位置各测点工频磁场磁感应强度均在0.01?T 附近，基本满足实验室工频磁场磁感应强度容许值，对于要求更为严格的实验室应采取相应屏蔽措施。

3）低压配电室周边测点2601-2608和距离低压配电室3米处周边测点2701-2708工频磁场磁感应强度仍高于0.01?T，但随着远离低压配电室的距离增加具有明显的干扰衰减，因低压配电室无法搬迁或远离实验室，建议低压配电室做专门屏蔽处理。

为量化评价先进测量实验区射频电场强度，在该地块范围内等间距梯田状布置测点，测得26～3000 MHz 带宽范围内的射频电场强度如图9和图10。结果表明，实验区所有测点在26～3000 MHz 带宽范围内均低于1 V/m，且从 SRM-3006记录的数据表征最大射频场强是0.5037 V/m@26.3125 MHz。该建设用地射频电场满足先进实验室建设射频场强容许值，无需做额外处理措施。

4结束语

通过对中国计量科学研究院实验基地先进测量实验区素地进行工频磁场和射频电场环境特性测试，得到以下结论。

1）实验区边沿四周工频磁场磁感应强度均大于0.01?T，距离动力站和10 kV 变电站较近测点磁感应强度更大，建议搬迁该变电站或远离实验室建设地点。

2）退让实验区周边道路20 m，工频磁场磁感应强度均在0.01?T 附近，基本满足实验室工频磁场磁感应强度容许值。表明退让道路一定距离，将无需再做特殊屏蔽处理，但对于要求更为严格的实验室尚应采取相应措施。

3）低压配电室周边和距离低压配电室3 m 处周边工频磁场磁感应强度高于0.01?T，但随着远离低压配电室的距离增加具有明显的干扰衰减，建议低压配电室做专门屏蔽处理。

4）实验区所有位置的射频场强在26～3000 MHz 频段均低于1 V/m，最大射频场强为0.5037 V/m @26.3125 MHz，满足实验室射频场强容许值，表明在该地块建设无需对射频干扰做任何处理。

5）本次工频磁场和射频环境特性测试开展于先进测量实验室建设前期的素地，而实验室建设、设备安装和试运行后各种干扰源必将接踵而至，这些都给设计带来挑战。因此，建议对电磁环境敏感的仪器在规划设计时应尽可能的远离电气设备和线路，需要时，应及时准确获得干扰的来源和它们的干扰量值，适时调整屏蔽处理策略。

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（编辑：徐柳）