CN102340357A - 一种减小特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减小特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法，该方法将位于无线电台站天线附近的高压架空线和铁塔等金属体障碍物作为等效接收天线，通过在架空地线上安装磁环来控制无源干扰的大小；首先采用Jiles-Atherton建立磁环模型，然后将磁环模型引入特高压交流输电线路模型中计算特高压交流输电线路上分布电流，通过上述所求得的输电线路上的感应电流分布，进而计算出由于感应电流所产生的二次辐射强度矢量，与原无线电波叠加，求出特高压交流线路对无线电台站的无源干扰影响强度，调整磁环参数，从而减小特高压输电线路的无源干扰。本发明具有较高准确性，可应用于今后缩短特高压输电线路与相邻无线电台站间电磁防护间距。

Description

一种减小特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法

技术领域

本发明属于高压输变电工程电磁兼容领域，具体地讲是一种减小1000kV特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法。

背景技术

高压输电线路的铁塔可看作垂直接地体，架空地线将这些垂直接地体连接起来，形成多网格的回路，当无线电波传播至输电线路时，输电线路会产生感应电势，继而形成感应电流产生新的电磁波，该无线电波与原无线电波叠加，可能对附近的无线电台站正常工作产生影响，也就是无源干扰。现有的防护措施是输电线路与无线电台站保持一个最小距离，即防护距离。GB6364-86《航空无线电导航台站电磁环境要求》、GB13617-1992《短波无线收信台(站)电磁环境要求》等国标对部分无线电台站和500kV及以下电压等级输电线路的防护据理提出了具体要求。对于1000kV输电线路，还没有防护要求的标准，同时，为适应国家发展需要，1000kV输电线路、无线电台站将会加大建设力度，日益减少的土地资源给线路、无线电台站选址造成困难，并且不可避免的发生冲突，为了解决这一冲突，减小1000kV特高压交流线路对无线电台站的无源干扰非常必要。

发明内容

本发明的目的是从分析无源干扰产生的机理出发，建立了采用Jiles-Atherton法计算高压输电线路无源干扰的模型，而提供一种减小特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的方法是：

一种减小特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法，其方法是：将位于无线电台站天线附近的高压架空线和铁塔等金属体障碍物作为等效接收天线，通过在架空地线上安装磁环来控制无源干扰的大小，具体为首先采用Jiles-Atherton建立磁环模型，然后将磁环模型引入特高压交流输电线路模型中计算特高压交流输电线路上分布电流，通过上述所求得的输电线路上的感应电流分布，进而计算出由于感应电流所产生的二次辐射强度矢量，与原无线电波叠加，求出特高压交流线路对无线电台站的无源干扰影响强度，调整磁环参数，从而减小特高压输电线路的无源干扰。

其具体步骤是：

第一步骤：根据架空地线的尺寸，选择磁环的尺寸，建立磁环的Jiles-Atherton模型。

第二步骤：把发射天线、特高压输电线路和磁环看成一个整体天线，分析特高压输电线路对无线电台站的影响，建立采用矩量法计算高压输电线路无源干扰场强的模型，根据波克灵顿(Pocklington)积分方程求得输电线路上的电流分布；

第三步骤：求出满足无线电台站的无源干扰场强要求的磁环参量；

第四步骤：根据磁环参量，确定磁环参数。。

通过试验所获得的试验数据对比证明，本发明具有较高准确性，可应用于今后减小高压输电线路对相邻无线电台站的无源干扰影响。。

附图说明

图1为本发明天线系统示意图。

图2为本发明二次辐射产生测向误差的示意图。

图3为本发明试验布置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明将位于无线电台站天线附近的高压架空线和铁塔等金属体障碍物作为等效接收天线，对无线电来波产生再次感应电动势，此电动势又会在此金属导体中产生感应电流，感应电流同样也会在它周围产生再次辐射电磁场，由于相位和幅值的不同，再次辐射电磁场在空间会改变原场的幅值和相位，形成对无线电台站的无源干扰，通过在架空地线上安装磁环来控制无源干扰的大小，确定合适的磁环参数可以大大减小无源干扰。

为了有效分析金属体障碍物对发射源的影响，把发射天线和金属体障碍物看成一个整体天线，整个天线系统如图1所示。要求空间任意点的二次辐射场强

必须先求得输电线路上的电流分布。

根据波克灵顿(Pocklington)积分方程，自由空间导线天线上的电流分布满足(1)式的关系：

$\stackrel{\→}{E}\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\frac{-\mathrm{j\η}}{4\mathrm{\πk}}{\∫}_F\stackrel{\→}{J}\left(\stackrel{\→}{r^{\′}}\right)\·\stackrel{=}{G}(\stackrel{\→}{r},\stackrel{\→}{r^{\′}}){\mathrm{dV}}^{\′}---\left(1\right)$

其中：

为

处的二次辐射电场强度；

为V′上

处的体电流密度；

式中 $\stackrel{=}{G}(\stackrel{\→}{r},\stackrel{\→}{r^{\′}})=(k^2\stackrel{=}{I}+\▿\▿)g(\stackrel{\→}{r},\stackrel{\→}{r^{\′}});$

为自由空间格林函数， $g(\stackrel{\→}{r},\stackrel{\→}{r^{\′}})=\exp (-\mathrm{jk}|\stackrel{\→}{r}-\stackrel{\→}{r^{\′}}\left|\right)/|\stackrel{\→}{r}-\stackrel{\→}{r^{\′}}|;$

$k=\mathrm{\ω}\sqrt{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_0}$

$\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{{\mathrm{\ϵ}}_0}}$

为并矢量

在计算输电线路二次辐射时，整个天线系统满足的边界条件如下：

$\hat{n}\left(\stackrel{\→}{r}\right)\×[{\stackrel{\→}{E}}^s\left(\stackrel{\→}{r}\right)+{\stackrel{\→}{E}}^I\left(\stackrel{\→}{r}\right)]=0---\left(2\right)$

其中

是表面

的单位向量，是入射场在

处的电场强度，

是感应电流

在

处产生的二次辐射场强场强。

对式(1)求解，就可以得到天线上的电流分布，进而求解出输电线路受感应所产生的二次辐射场强。

应用磁环抑制线路的二次辐射，将磁环套在杆塔或架空地线上，改变输电线路的高频特性，增加电磁波能量的损耗和削弱电磁波的传播，从而减小线路二次辐射对无线电台站的干扰影响。磁环的动态特性比较复杂，在电路仿真中常用电阻和非线性电感并联的方法近似模拟，其中非线性电感可以模拟磁环的饱和特性，电阻近似模拟磁环的磁滞、涡流和剩余损耗。结合磁性材料的动态磁化特性拟合可研究不同频率下的磁环动态特性。采用Jiles-Atherton模型及其改进后的模型，进行二次辐射分析。

磁场强度表示为H，磁化强度表示为M，磁感强度B表示为

B＝μ₀(H+M)                                   (3)

其中真空磁导率μ₀＝4π×10^-7H/m。

在不考虑滞回影响时，可以采用Langevin公式拟合出基本磁化曲线。

$M=M_{s}f\left(x\right)\left(\frac{H+\mathrm{\αM}}{\mathrm{\γ}}\right)---\left(4\right)$

式中M_s为磁化强度；α、γ为常数，决定基本磁化曲线的形状；∫(x)代表Langevin公式。

$f\left(x\right)=\coth \left(x\right)-\frac{1}{x}---\left(5\right)$

在基本磁化曲线的基础上，考虑磁滞的影响，Jiles-Atherton微分公式如下：

$M=M_{x}f\left(x\right)\left(\frac{H+\mathrm{\αM}}{\mathrm{\γ}}\right)-\mathrm{k\δ}\left(\frac{\mathrm{dM}}{d(H+\mathrm{\αM})}\right)---\left(6\right)$

式中k为常数：δ为dH/dtd H/dt的符号函数，取值+1或者-1。将式(3)代入式(6)变换为便于数值计算的形式：

$\mathrm{dM}=\frac{M_{s}f\left(\frac{H+\mathrm{\αm}}{\mathrm{\γ}}\right)-M}{\mathrm{\δ}\frac{k}{{\mathrm{\μ}}_0}-\mathrm{\α}(M_{s}f\left(\frac{H+\mathrm{\αm}}{\mathrm{\γ}}\right)-M)}\mathrm{dH}---\left(7\right)$

式中M_s、α、γ、k均是仅依赖于材料特性的参数，可以根据材料手册提供的实测曲线近似设定。由此得到Jiles-Atherton磁滞曲线模型。

通过选择合适的磁环参数，即可减小特高压输电线路的无源干扰。

实施例：

在各种类型无线电台站中，最易受二次辐射影响产生误差的是中波导航台。目前我国广泛应用的航空无线电测向机，其矩形天线阵列的方向图为阿拉伯数字8的图形，通过旋转天线，搜索整个360°范围上的信号，寻找天线端口电压的最大值(即大音点)或最小值(即小音点)来确定来波方向(图2)。图2中给出了小基础测向天线的方向图和受二次辐射影响时测向误差产生过程。二次辐射电磁场在测向天线阵列中感应的电动势同相分量将增强或减小原信号，直接引起测向误差；异相分量与主电磁场感应的电动势相位上相差90°，使测向在取向(获取来波来向的示向度)时产生钝化(模糊)的影响，如在听觉取向时，则小音点区域变宽，在视觉取向时使原为呈直线的示向度线变成椭圆形，这些都对来波的取向造成困难，间接产生测向误差。实测方向与实际来波方向的差值就是测向误差。为了确定电大尺寸物体对测向台的无源干扰大小，GB13614国标编制组曾先后进行了三次试验，其第二次摸底试验(亦庄高压线杆现场实测试验)的目的就是考察实际高压线路在一定距离内对测向机示向度的影响程度及其特点。整个试验现场的布置如图3如示：

220kV高压线路南北走向，档距350m，接收天线中心到外边相78m，发射机距接收天线阵列中心正南方向350m，即应测示向度180°。

表1中给出了现场的实测数据和采用本发明建模方法对220kV典型线路进行简化后的仿真计算数据。

表1.实测数据与仿真数据对照

通过比较表1中引入磁环前后测向误差，测向误差明显减小，可验证减小无源干扰的方法是可信的。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种减小特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法，其方法是：将位于无线电台站天线附近的高压架空线和铁塔等金属体障碍物作为等效接收天线，通过在架空地线上安装磁环来控制无源干扰的大小，具体为首先采用Jiles-Atherton建立磁环模型，然后将磁环模型引入特高压交流输电线路模型中计算特高压交流输电线路上分布电流，通过上述所求得的输电线路上的感应电流分布，进而计算出由于感应电流所产生的二次辐射强度矢量，与原无线电波叠加，求出特高压交流线路对无线电台站的无源干扰影响强度，调整磁环参数，从而减小特高压输电线路的无源干扰。

2.如权利要求1所述的减小特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法，其特征在于：其具体步骤是：

第一步骤：根据架空地线的尺寸，选择磁环的尺寸，建立磁环的Jiles-Atherton模型；

第二步骤：把发射天线、特高压输电线路和磁环看成一个整体天线，分析特高压输电线路对无线电台站的影响，建立采用矩量法计算高压输电线路无源干扰场强的模型，根据波克灵顿积分方程求得输电线路上的电流分布；

第三步骤：求出满足无线电台站的无源干扰场强要求的磁环参量；

第四步骤：根据磁环参量，确定磁环参数。

3.如权利要求2所述的减小特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法，其特征在于：第二步骤中输电线路上的电流分布满足(1)式的关系：

$\stackrel{\→}{E}\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\frac{-\mathrm{j\η}}{4\mathrm{\πk}}{\∫}_F\stackrel{\→}{J}\left(\stackrel{\→}{r^{\′}}\right)\·\stackrel{=}{G}(\stackrel{\→}{r},\stackrel{\→}{r^{\′}}){\mathrm{dV}}^{\′}---\left(1\right)$

其中：

为

处的二次辐射电场强度；

为V′上

处的体电流密度；

式中 $\stackrel{=}{G}(\stackrel{\→}{r},\stackrel{\→}{r^{\′}})=(k^2\stackrel{=}{I}+\▿\▿)g(\stackrel{\→}{r},\stackrel{\→}{r^{\′}});$

为自由空间格林函数， $g(\stackrel{\→}{r},\stackrel{\→}{r^{\′}})=\exp (-\mathrm{jk}|\stackrel{\→}{r}-\stackrel{\→}{r^{\′}}\left|\right)/|\stackrel{\→}{r}-\stackrel{\→}{r^{\′}}|;$

$k=\mathrm{\ω}\sqrt{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_0}$

$\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{{\mathrm{\ϵ}}_0}}$

为并矢量

在计算输电线路二次辐射时，整个天线系统满足的边界条件如下：

$\hat{n}\left(\stackrel{\→}{r}\right)\×[{\stackrel{\→}{E}}^s\left(\stackrel{\→}{r}\right)+{\stackrel{\→}{E}}^I\left(\stackrel{\→}{r}\right)]=0---\left(2\right)$

其中

是表面的单位向量，

是入射场在

处的电场强度，

是感应电流

在

处产生的二次辐射场强场强；

对式(1)求解，得到天线上的电流分布，进而求解出输电线路受感应所产生的二次辐射场强。

4.如权利要求2所述的减小特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法，其特征在于：第三步骤中满足无线电台站的无源干扰场强要求的磁环参量计算方法如下：

磁环的磁场强度表示为H，磁化强度表示为M，磁感强度B表示为

B＝μ₀(H+M)                                              (3)

其中真空磁导率μ₀＝4π×10^-7H/m。

在不考虑滞回影响时，采用Langevin公式拟合出基本磁化曲线

$M=M_{s}f\left(x\right)\left(\frac{H+\mathrm{\αM}}{\mathrm{\γ}}\right)---\left(4\right)$

式中M_s为磁化强度；α、γ为常数，决定基本磁化曲线的形状；∫(x)代表Langevin公式，

$f\left(x\right)=\coth \left(x\right)-\frac{1}{x}---\left(5\right)$

在基本磁化曲线的基础上，考虑磁滞的影响，Jiles-Atherton微分公式如下：

$M=M_{x}f\left(x\right)\left(\frac{H+\mathrm{\αM}}{\mathrm{\γ}}\right)-\mathrm{k\δ}\left(\frac{\mathrm{dM}}{d(H+\mathrm{\αM})}\right)---\left(6\right)$

式中k为常数：δ为dH/dtd H/dt的符号函数，取值+1或者-1，将式(3)代入式(6)变换为便于数值计算的形式：

$\mathrm{dM}=\frac{M_{s}f\left(\frac{H+\mathrm{\αm}}{\mathrm{\γ}}\right)-M}{\mathrm{\δ}\frac{k}{{\mathrm{\μ}}_0}-\mathrm{\α}(M_{s}f\left(\frac{H+\mathrm{\αm}}{\mathrm{\γ}}\right)-M)}\mathrm{dH}---\left(7\right)$

式中M_s、α、γ、k均是仅依赖于材料特性的参数，根据材料手册提供的实测曲线近似设定，由此得到Jiles-Atherton磁滞曲线模型，从而得到磁环参量。

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