CN103684623B - 中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法及装置 - Google Patents

Abstract

中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制装置及方法，输电铁塔通过可调电阻式解环器与地线连接。所述可调电阻式解环器包括磁筒，所述磁筒上设有电阻丝线圈，所述磁筒两端设有接线柱，电阻丝线圈上设有滑片。所述磁筒一端接线柱与支架连接、另一端接线柱通过悬垂线夹与地线连接。本发明一种中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法及装置，能明显抑制中波频段内，特高压输电线路对邻近各类无线电台站的二次辐射，可应用于今后中波频段特高压输电线路与邻近各类无线电台站间的无源干扰防护。

Description

中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法及装置

技术领域

本发明一种中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法及装置，属于高压输变电工程电磁兼容领域。

背景技术

无源干扰的产生主要来源于铁塔与地线等金属部件在外加电磁波激励下产生的二次辐射。针对线路铁塔与地线未绝缘的情况，地线将相邻的2基铁塔连接起来，加上铁塔和地线对地的镜像组成了“环路”。当“环路”受到中波频段（0.3~3MHz）无线电波激励，“环路”长度等于整数倍波长时，地线上出现幅值较大的、呈驻波分布的感应电流。此时，感应电流产生的二次辐射电磁波将达到极大值，该电磁波与原入射电磁波叠加，改变了原入射电磁波的幅值和相位，从而对邻近无线电台站产生强烈的干扰。因此，必须抑制中波频段特高压输电线路铁塔对邻近无线电台站的二次辐射。

针对无源干扰的防护措施，我国当前的工作集中在特高压线路与各类无线电台站之间无源干扰防护间距的国家标准制定方面。特高压输电线路与无线电台站之间无源干扰防护距离的制定方法已较为成熟，中国专利ZL：200710168958.1 公开的《特高压交流线路与短波无线电测向台间防护距离确定方法》，中国专利ZL：200710168959.6公开的《特高压交流线路与中波导航台间防护距离确定方法》 和中国专利专利申请号：201110266401.8公开的《特高压直流输电线路与无线台站之间防护间距的确定方法》。针对特高压交流线路与临近具体台站之间的防护距离求解方法进行了阐述。但是，制定特高压输电线路与邻近无线电台站无源干扰防护间距的相关标准，只能为未建的线路和台站工程建设提供一定的依据，这无法解决特高压线路由于土地资源无法绕行的情况，也无法解决已有的线路和台站之间的电磁干扰问题。

因此，探寻主动抑制特高压输电线路无源干扰的有效技术，作为仅依靠防护间距标准的无源干扰防护措施的有效补充是非常必要的。中国专利专利申请号：201110275071.9公开的《一种减小特高压交流线路对无线电台站的无源干扰方法》，通过在架空地线或杆塔上套装磁环来控制无源干扰的大小，即采用磁环增加电磁波能量的损耗和削弱电磁波传播的方法，减小无源干扰水平。该专利中涉及到的磁环材料特性参数确定较为繁琐，且只能近似设定，同时，磁环材料的成本高，磁环安装的施工难度大。特别需要指出的是，该专利要求圆形的磁环套在杆塔或地线上，这种方法只能适用于输电线路在架线施工时采用，无法适用于建成后的线路。因此，针对于已建成的线路对邻近无线电台站的无源干扰问题，需针对性的发明一种新的方法和装置，解决线路投运后出现的二次辐射问题。

发明内容

本发明基于中波频段特高压输电线路环路的二次辐射极大值的产生机理，针对特高压输电线路铁塔与地线相连的情况，提供了一种中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法及装置，能够抑制特高压输电线路环路对邻近无线电台站的二次辐射。

本发明采取的技术方案为：中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制装置，输电铁塔通过可调电阻式解环器与地线连接。

所述可调电阻式解环器包括磁筒，所述磁筒上设有电阻丝线圈，所述磁筒两端设有接线柱，电阻丝线圈上设有滑片。

所述磁筒一端接线柱与安装在输电铁塔的支架连接、另一端接线柱通过悬垂线夹与地线连接。

中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法，包括以下步骤：输电铁塔与地线相连，即形成环路，计算环路二次辐射极大值频率，比较邻近中波台站的工作频率及环路的二次辐射极大值频率，采取解环的方法，即在输电铁塔和地线之间安装可调电阻式解环器，抑制环路对邻近各类无线电台站的无源干扰。

中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法，包括以下步骤：

步骤一：计算地线及相邻两基输电铁塔和大地镜像所形成环路的长度，求解各环路的N倍波长、二次辐射极大值频率，N取正整数；

步骤二：比较邻近中波台站的工作频率及各环路的二次辐射极大值频率，如果两者相等，则可预测该环路产生强烈的二次辐射；

步骤三：通过在输电铁塔和地线之间安装可调电阻式解环器，将该环路的某一基输电铁塔与地线绝缘隔离，即该铁塔的相邻两档合并成为一个档距，简称：两个档距环路，计算所述两个档距环路的N倍波长二次辐射极大值频率；

步骤四：当所述两个档距环路的二次辐射极大值频率与中波台站的工作频率不相等时，则可确认步骤三采取的解环方法有效，即实际工程中在两个档距的输电铁塔与地线之间安装可调电阻式解环器，当两个档距环路的二次辐射极大值频率与中波台站的工作频率相等时，则两个档距环路产生强烈的二次辐射，需增加新的一基与地线绝缘的输电铁塔，形成三个档距环路。

步骤五：重复上述步骤，直到N个档距环路的二次辐射极大值频率与中波台站的工作频率不相等为止。

所述步骤一中根据环形天线理论，计算环路的N倍波长二次辐射极大值频率。

±60kHz做为环路二次辐射极大值频率带宽。

本发明一种中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法及装置，能明显抑制中波频段内，特高压输电线路对邻近各类无线电台站的二次辐射，可应用于今后中波频段特高压输电线路与邻近各类无线电台站间的无源干扰防护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本发明档距为1倍波长时输电线路上的电流分布；

图2为本发明档距为2倍波长时输电线路上的电流分布；

图3为本发明档距为3倍波长时输电线路上的电流分布。

图4为本发明2个档距构成3个波长时输电线路上的电流分布；

图5为本发明2个档距构成4个波长时输电线路上的电流分布；

图6为本发明2个档距构成5个波长时输电线路上的电流分布。

图7为本发明3个档距构成4个波长时输电线路上的电流分布；

图8为本发明3个档距构成5个波长时输电线路上的电流分布；

图9为本发明3个档距构成6个波长时输电线路上的电流分布。

图10为本发明可调电阻式解环器结构示意图。

图11为本发明可调电阻式解环器安装示意图。

图12为本发明输电铁塔简化图，其中： L_t表示输电铁塔顶部的边长，L_b是输电铁塔塔基的边长，2r_t输电铁塔的简化“等效半径”。

图13为本发明双地线的简化过程示意图。

图14为本发明无源干扰数值求解模型示意图。

图15为本发明3根钢柱体成列组阵且加载地线测向实验布置示意图。

图16为本发明3个垂直导体成列组阵且加载地线时侧向示向度示意图。

图17为本发明地线感应电流分布示意图。

具体实施方式

中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制装置，输电铁塔1通过可调电阻式解环器2与地线GND连接。所述可调电阻式解环器2包括磁筒2.1，所述磁筒2.1上设有电阻丝线圈2.2，所述磁筒2.1两端设有接线柱2.3，电阻丝线圈2.2上设有滑片2.4。所述磁筒2.1一端接线柱与安装在输电铁塔1的支架3连接、另一端接线柱通过悬垂线夹4与地线GND连接。

中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法，包括以下步骤：输电铁塔1与地线GND相连，即形成环路，计算环路二次辐射极大值频率，比较邻近中波台站的工作频率及环路的二次辐射极大值频率，采取解环的方法，即在输电铁塔1和地线GND之间安装可调电阻式解环器2，抑制环路对邻近各类无线电台站的无源干扰。

中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法，包括以下步骤：

步骤一：计算地线GND及相邻两基输电铁塔和大地镜像所形成环路的长度，求解各环路的N倍波长、二次辐射极大值频率，N取正整数；

步骤二：比较邻近中波台站的工作频率及各环路的二次辐射极大值频率，如果两者相等，则可预测该环路产生强烈的二次辐射；

步骤三：通过在输电铁塔1和地线GND之间安装可调电阻式解环器2，将该环路的某一基输电铁塔与地线绝缘隔离，即该铁塔的相邻两档合并成为一个档距，简称：两个档距环路，计算所述两个档距环路的N倍波长二次辐射极大值频率；

步骤四：当所述两个档距环路的二次辐射极大值频率与中波台站的工作频率不相等时，则可确认步骤三采取的解环方法有效，即实际工程中在两个档距的输电铁塔与地线之间安装可调电阻式解环器2，当两个档距环路的二次辐射极大值频率与中波台站的工作频率相等时，则两个档距环路产生强烈的二次辐射，需增加新的一基与地线绝缘的输电铁塔1，形成三个档距环路。

步骤五：重复上述步骤，直到N个档距环路的二次辐射极大值频率与中波台站的工作频率不相等为止。

所述步骤一中根据环形天线理论，计算环路的N倍波长二次辐射极大值频率。±60kHz做为环路二次辐射极大值频率带宽。

下面结合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。

根据天线理论可知，当频率为中波频段0.3~3MHz时，电磁波波长范围为1000~100m，而特高压铁塔高度一般为40~120m，因此，特高压输电铁塔可视为垂直于地面的天线。当铁塔与地线相连时，两基输电铁塔和相连地线，以及它们的大地镜像组成闭合环路。该闭合环路可视为环形天线。当闭合环路的边长为台站工作频率波长的整数倍：N倍时，类似于环形天线，整个闭合环路的二次辐射达到极大值，并且会在环路中出现大幅值的感应电流，该电流沿地线呈驻波分布。驻波电流产生的二次辐射电磁波与原入射电磁波叠加，改变了原入射电磁波的幅值和相位，从而对邻近各类无线电台站造成强烈的干扰。

根据环路产生二次辐射极大值时地线驻波电流的分布特点，基于将某些铁塔和地线绝缘隔离的思想，通过在输电铁塔1和地线GND之间安装可调电阻式解环器2，提出从宏观上破坏闭合环路的方法，避免特高压输电线路对邻近各类无线电台站的无源干扰。

 1、环路二次辐射极大值频率：

单个档距环路的边长为台站工作频率波长的整数倍：N倍时，整个环路的二次辐射达到极大值。单个档距环路的二次辐射极大值频率计算公式如下：

                                                                                   （1）

式中，L为地线及两端铁塔和大地镜像构成环路的周长，h1、h2分别为相邻2基铁塔的高度m；l1为两基输电铁塔间的档距m。c为真空中光速；N为正整数，N＝1,2,3,…。单个档距环路的驻波电流分布如图1~图3所示。

若在该环路的某一基铁塔与地线之间安装可调电阻式解环器2，使该基铁塔与绝缘隔离，即该铁塔的相邻,两档合并成为一个档距，简称：两个档距环路，两个档距环路的周长为。两个档距环路的驻波电流分布如图4~6所示。

若将两个档距环路的某一端铁塔与地线绝缘隔离，即该铁塔的相邻档距和两个档距环路合并成为三个档距环路，三个档距环路的周长为。三个档距环路的驻波电流分布如图7~9所示。

2、可调电阻式解环器：

为了抑制特高压输电铁塔对邻近无线台站的无源干扰，可调电阻式解环器2由刷上绝缘漆的电阻丝、滑片2.4、接线柱2.3、磁筒2.1组成。可调电阻式解环器2的电阻值由电阻丝长度决定，电阻丝绕成电阻丝线圈2.2。通过改变接入电路的电阻丝长度，从而改变电阻值。该装置的一端与支架3之间通过螺栓连接，另一端通过悬垂线夹4与地线GND相连，如图10、11所示。

3、数值计算：

为了便于计算，输电铁塔1可以简化成一根细导线，即将铁塔等效成直径数米的直线模型，如图12所示。两根地线可等效成单根地线，如图13所示，单根地线的“等效直径”和地线实际直径的关系式如下：

                           （2）

式中，D表示两条地线之间的距离；d表示地线的实际直径；h表示地线的平均对地高度；d1表示两条地线的等效直径。

结合电磁散射原理及图14所示的无源干扰数值求解模型，建立特高压输电铁塔直线模型对应的电场积分方程，并利用矩量法求解输电线路感应电流的数值，进而得到场强观测点处的无源干扰水平。

计算结果：

以±800kV某特高压直流输电线路49#-51#铁塔间的两个档距为实施例，两个档距均为400m，特高压铁塔的塔高为80m，50#铁塔正对中波无线电台站，工作频率为530kHz，根据公式（1）计算单个档距“环路”的N倍波长二次辐射极大值频率：

 

则1倍、2倍、3倍波长二次辐射极大值频率分别为268kHz、536kHz、804kHz。2倍波长二次辐射极大值频率和中波无线电台站的工作频率相近，因此预测单个档距“环路”的二次辐射达到极大值。

通过在输电铁塔和地线之间安装可调电阻式解环器2，采取解环的方法将中间特高压铁塔与地线相绝缘，按照同样的方法计算两个档距环路的N倍波长二次辐射极大值频率：

 

则3倍、4倍波长二次辐射极大值频率分别为468kHz、624kHz，与中波无线电台站的工作频率相差加大，差值均超过环路二次辐射极大值频率带宽（±60kHz），因此预测两个档距“环路”的二次辐射不能极大值。

根据计算模型和矩量法，求解中间特高压铁塔与地线相连和绝缘情况下场强观测点处的无源干扰水平分别为0.5643dB、0.1812 dB，并求得沿地线分布的感应电流大小，如图17所示。

4、缩比模型实验验证：

按照1/10尺寸比例建立实施例对应的缩比模型，进行了3根钢柱体成列组阵且加载地线的测向实验。本次实验采用自发短波信号通过垂直接地体（钢柱）到达测向机进行测向。具体实施方案为，选择某型移动式测向机，在标准场地获得各方位测向准确度指标，然后将该测向机放置在垂直接地导体附近，变换信号源、钢柱与测向机的相对位置（距离和方位角），在不同频率下，用测向机测量信号源的入射角度，并与真实方位角相比较，计算出不同频率、方位、距离的测向误差值。通过比较标准场地准确度指标与现场测试的测向误差值，来判断垂直接地导体对测向机的影响程度。

现场测试场地的选取遵循地势开阔平坦、背景噪声较低、无其它有源、无源干扰物（如村庄、河流、高等级公路、高大的树林等），尽量排除其他各种因素对短波无线电测向机的影响，容易到达等原则。选择某机场作为本次实验的场地。垂直接地体采用直径16cm，高度为8m的钢柱体。

整个试验现场及测试系统布置图（3根钢柱体的测向干扰）如图15所示。测向天线布置于场地固定的转台上，固定发射天线对测向天线之间的角度为应该为90⁰，对测向天线进行全频段（3~30MHz）激励，相当于实际中波频段（0.3~3MHz），频率按1MHz为间隔，测试每个频率点的测向数值。信号源放置在距离测向机50m位置处，三个8m加载地线的垂直导体以40m为距离等间距放置在距离测向机40m位置处。信号源、成列的垂直导体相对于测向机成900夹角。三个垂直导体成列组阵且加载地线时侧向示向度测量结果如图16所示。由图16可知，当信号源频率为5.3MHz（环路的2倍波长二次辐射极大值频率）时，垂直导体及地线构成“环路”的二次辐射达到极大值，对侧向台站产生了强烈的无源干扰。中间钢柱体与地线之间安装“可调电阻式解环器”后，两个档距“环路”的3倍、4倍波长二次辐射极大值频率分别为4.7MHz、6.3MHz，与信号源频率的差值均超过环路二次辐射极大值频率带宽（±60kHz），因此可采取打开闭环的方法抑制无源干扰。

按照每隔2.5m分别测量中间钢柱体与地线相连和绝缘情况下地线感应电流大小，测量结果如图17所示。表1中给出了现场的实测数据和采用本发明建模方法对特高压输电铁塔进行简化后的仿真数据。

表1. 实测数据与仿真数据对照

考虑到实际测量不可避免的受周围电磁环境和地形等多种因素影响，通过比较表1中实测干扰水平与计算干扰水平，计算值跟实测结果非常接近，可验证简化模型和计算方法是可信的。由图17和表1可知，中间铁塔与地线之间安装可调电阻式解环器2前后，地线感应电流明显减小且场强观测点处的无源干扰水平明显降低，说明该方法对环路二次辐射具有明显的抑制效果。

Claims (4)

1.中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法，其特征在于，输电铁塔（1）通过可调电阻式解环器（2）与地线（GND）连接，所述可调电阻式解环器（2）包括磁筒（2.1），所述磁筒（2.1）上设有电阻丝线圈（2.2），所述磁筒（2.1）两端设有接线柱（2.3），电阻丝线圈（2.2）上设有滑片（2.4），所述磁筒（2.1）一端接线柱与安装在输电铁塔（1）的支架（3）连接、另一端接线柱通过悬垂线夹（4）与地线（GND）连接；

包括以下步骤：输电铁塔（1）与地线（GND）相连，即形成环路，计算环路二次辐射极大值频率，比较邻近中波台站的工作频率及环路的二次辐射极大值频率，采取解环的方法，即在输电铁塔（1）和地线（GND）之间安装可调电阻式解环器（2），抑制环路对邻近各类无线电台站的无源干扰。

2.根据权利要求1所述中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：计算地线（GND）及相邻两基输电铁塔铁塔和大地镜像所形成环路的长度，求解各环路的N倍波长、二次辐射极大值频率，N取正整数；

步骤二：比较邻近中波台站的工作频率及各环路的二次辐射极大值频率，如果两者相等，则可预测该环路产生强烈的二次辐射；

步骤三：通过在输电铁塔（1）和地线（GND）之间安装可调电阻式解环器（2），将该环路的某一基输电铁塔与地线绝缘隔离，即该铁塔的相邻两档合并成为一个档距，简称：两个档距环路，计算所述两个档距环路的N倍波长二次辐射极大值频率；

步骤四：当所述两个档距环路的二次辐射极大值频率与中波台站的工作频率不相等时，则可确认步骤三采取的解环方法有效，即实际工程中在两个档距的输电铁塔与地线之间安装可调电阻式解环器2，当两个档距环路的二次辐射极大值频率与中波台站的工作频率相等时，则两个档距环路产生强烈的二次辐射，需增加新的一基与地线绝缘的输电铁塔（1），形成三个档距环路；

步骤五：重复上述步骤，直到N个档距环路的二次辐射极大值频率与中波台站的工作频率不相等为止。

3.根据权利要求2所述中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法，其特征在于，所述步骤一中根据环形天线理论，计算环路的N倍波长二次辐射极大值频率。

4.根据权利要求2所述中波频段特高压输电线路环路二次辐射的抑制方法，其特征在于，±60kHz做为环路二次辐射极大值频率带宽。