CN112147431A - 通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于噪声的通信设备对输电导线场强影响的确定方法及系统。该方法包括：选择被试验的输电导线；测量与被试验的输电导线的表面电场对应的单一可听噪声AN₀；发射电磁波，所述电磁波的频率及功率与通信设备天线的工作频率和发射功率相同；测量与被试验的输电导线的表面电场及电磁波对应的混合可听噪声AN₁；根据所述单一可听噪声AN₀和所述混合可听噪声AN₁，确定架设通信设备之后所述被试验的输电导线的表面场强。该方法采用测量输电线路无线电干扰的方法间接获得通信设备导致的输电导线表面场强的变化量，可以定量地确定共享输电杆塔通信设备发射的电磁场对输电导线场强的影响程度，易于实施，准确度高。

Description

通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法及系统

技术领域

本发明属于高压输变电工程电磁兼容技术领域，具体涉及通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法及系统。

背景技术

电力与通信共享输电杆塔作为“共享经济”的典范，已得到电力行业和通信行业的高度关注和大力推动。目前共享杆塔有少量试用，验证了共享输电杆塔技术的可行性，但试用的杆塔和通信设备都较为单一，不能适应复杂环境的输电线路和各种制式的通信设备等场景，通信天线发出的高强度电磁场可能影响输电导线表面电场强度，从而恶化输电线路的电磁环境，甚至影响电网安全运行，亟待明确及采取措施解决通信设备对输电线路导线的电磁影响问题。

输电线路带电运行时，通常导线表面存在电晕放电现象，电晕放电产生的大量带电粒子聚集在导线周围；导线暴露在通信天线发射的电磁波中，由于电磁波具有波粒二象性，通信电磁场与导线附近的带电粒子相互作用，从而可能改变输电导线的表面电场强度，导线表面电场强度超出一定范围后，造成输电线路电磁环境恶化，严重时气隙击穿影响电网安全运行。

目前输电导线的表面电场强度不能直接测量，因此无法确定通信电磁场对导线表面电场强度的影响，通常要求通信天线与输电导线保持较远的距离以确保电网的安全运行，随着5G通信网络的铺开，共享输电杆塔的需求越来越大，一个输电杆塔上可能架设多层的天线，这将使得天线与导线越来越近，亟待明确通信电磁场对导线表面电场强度的影响程度和必要的防护距离。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法及系统，以解决目前难以定量地确定通信天线发出的高强度电磁场对输电导线表面电场强度的影响的问题。

第一方面，本发明提供一种通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法，包括：

选择被试验的输电导线；

测量与被试验的输电导线的表面电场对应的单一可听噪声AN₀；

发射电磁波，所述电磁波的频率及功率与通信设备天线的工作频率和发射功率相同；

测量与被试验的输电导线的表面电场及电磁波对应的混合可听噪声 AN₁；

根据所述单一可听噪声AN₀和所述混合可听噪声AN₁，确定架设通信设备之后所述被试验的输电导线的表面场强。

进一步地，所述选择被试验的输电导线，包括：

按照待共享的输电杆塔上所架设的输电导线型号及排列方式，选择相同参数的实际输电线路作为被试验的输电导线，并选取输电线路档距中央地势平坦的地点作为试验场地。

进一步地，所述测量与被试验的输电导线的表面电场对应的单一可听噪声AN₀，包括：

在选取的试验场地内，选择输电线路边导线地面投影外20m作为检测点；

在检测点处架设传声器，并用与传声器连接的声级计测量单一可听噪声值AN₀。

进一步地，所述发射电磁波，包括：

根据待共享的输电杆塔上架设的通信设备天线参数，包括方向图、增益和波束宽度、下倾角和发射功率，选择与所述天线参数适配的通信天线，选择与通信天线连接的功率放大器、与所述功率放大器连接的矢量信号源；

发射电磁波时，矢量信号源根据通信设备天线的调制方式设定相同的调制方式，并输出源信号送入功率放大器，功率放大器的功率设定为通信设备天线的发射功率，功率放大器将源信号放大后输入到通信天线；

按照共享输电杆塔上天线的架设方式调节通信天线的水平方向和下倾角，使通信天线发出的电磁波主波瓣对准被试验的输电导线。

进一步地，在检测点处用声级计测量的单一可听噪声值AN₀与待共享的输电杆塔上所架设的输电导线的表面场强E₀具有如下关系：

AN₀＝a-585/E₀；

其中，a为一常数。

进一步地，在通信天线发射电磁波后，在检测点处用声级计测量的混合可听噪声值AN₁与待共享的输电杆塔上所架设的输电导线的表面场强E₁具有如下关系：

AN₁＝a-585/E₁。

进一步地，所述根据所述单一可听噪声AN₀和所述混合可听噪声AN₁，确定架设通信设备之后所述被试验的输电导线的表面场强，包括：

根据皮克公式求得待共享的输电杆塔上所架设的输电导线的表面场强 E₀；

根据下式，确定架设通信设备之后被试验的输电导线的表面场强E₁：

进一步地，所述传声器和声级计用于测量20-20kHz频率范围内的可听噪声；

所述声级计采用A计权网络；

所述传声器的架设高度为1.5m。

进一步地，所述功率放大器的功率和频率覆盖所述通信天线的功率和频率；

所述通信天线的发射功率范围为0-200W；

所述功率放大器与通信天线的连接线缆及接头插损均不大于1dB；

所述矢量信号源的调制方式为QAM64。

第二方面，本发明提供一种通信设备对输电导线场强影响的噪声确定系统，包括：

被试验的输电导线；

通信天线，用于发射电磁波，所述电磁波的频率及功率与通信设备天线的工作频率和发射功率相同；

可听噪声测量装置，用于测量与被试验的输电导线的表面电场对应的单一可听噪声AN₀；

还用于在通信天线发射电磁波后，测量与被试验的输电导线的表面电场及电磁波对应的混合可听噪声AN₁；

表面场强确定装置，用于根据从所述可听噪声测量装置获取的所述单一可听噪声AN₀及所述混合可听噪声AN₁，确定架设通信设备之后所述被试验的输电导线的表面场强。

与现有技术相比，本发明提供的通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法及系统，采用测量输电线路无线电干扰的方法间接获得通信设备导致的输电导线表面场强的变化量。该方法及系统可以定量地确定共享输电杆塔通信设备发射的电磁场对输电导线场强的影响程度。该方法易于实施，准确度高，确定的输电导线表面场强的变化量后续可以进一步用于确定共享输电杆塔通信设备与输电导线之间的的最优防护距离。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明优选实施方式的通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法的流程示意图；

图2为本发明优选实施方式的通信设备对输电导线场强影响的噪声确定系统的组成示意图；

图3为本发明优选实施方式的通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法的测量布置示意图；

图4为本发明优选实施方式中分裂导线的示意图；

图5为本发明优选实施方式中镜像法计算导线表面场强的示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成，架设在地面之上。

档距：架空输电线路在平行于相邻两杆塔间导线所受比载的平面内的两悬挂点之间的水平距离，为这两基杆塔的档距。

线路走廊：架空输电线路的路径所占用的土地面积和空间区域。为了保证线路绝缘强度和避免对人身及地面建筑等物体的触电危险，以及防止静电场对导线及附近的人造成生理和生态危害，处于高电压下的导线周围，需保持必要的净空间区域。随着输电线路电压等级的提高，线路走廊的范围显著扩大。例如，单回500千伏超高压输电线路，杆塔高度一般均达30 米，线路走廊宽度约达45米。

分裂导线指超高压输电线路为抑制电晕放电和减少线路电抗所采取的一种导线架设方式，每相导线由几根直径较小的分导线组成，各分导线间隔一定距离并按对称多角形排列，而且布置在正多边形的顶点上。分裂导线相比总截面相同的大导线，不容易产生电晕，送电能力还高一些。分裂导线主要有应用于220千伏及以上电压的线路上。一般是220kV为2分裂， 500kV为4分裂，西北电网750kV为6分裂，1000kV为8分裂。

针对目前缺少通信电磁场对导线表面电场强度影响的确定方法，结合输电导线表面场强的物理效应，克服当前输电导线表面电场强度无法测量和缺乏计算方法的困难，本发明实施例提供基于噪声的通信设备对输电导线场强影响的确定方法。

如图1所示，本发明实施例的通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法，包括：

步骤S100：选择被试验的输电导线；

步骤S200：测量与被试验的输电导线的表面电场对应的单一可听噪声 AN₀；

步骤S300：发射电磁波，所述电磁波的频率及功率与通信设备天线的工作频率和发射功率相同；

步骤S400：测量与被试验的输电导线的表面电场及电磁波对应的混合可听噪声AN₁；

步骤S500：根据所述单一可听噪声AN₀和所述混合可听噪声AN₁，确定架设通信设备之后所述被试验的输电导线的表面场强。

应该理解为，在确定架设通信设备之后输电导线的表面场强后，将其与架设通信设备之前输电导线的表面场强进行对比，即可确定通信设备对输电导线场强的影响。

进一步地，所述选择被试验的输电导线，包括：

按照待共享的输电杆塔上所架设的输电导线型号及排列方式，选择相同参数的实际输电线路作为被试验的输电导线，并选取输电线路档距中央地势平坦的地点作为试验场地。

进一步地，所述测量与被试验的输电导线的表面电场对应的单一可听噪声AN₀，包括：

在选取的试验场地内，选择输电线路边导线地面投影外20m作为检测点；

在检测点处架设传声器，并用与传声器连接的声级计测量单一可听噪声值AN₀。

进一步地，所述发射电磁波，包括：

根据待共享的输电杆塔上架设的通信设备天线参数，包括方向图、增益和波束宽度、下倾角和发射功率，选择与所述天线参数适配的通信天线，选择与通信天线连接的功率放大器、与所述功率放大器连接的矢量信号源；

发射电磁波时，矢量信号源根据通信设备天线的调制方式设定相同的调制方式，并输出源信号送入功率放大器，功率放大器的功率设定为通信设备天线的发射功率，功率放大器将源信号放大后输入到通信天线；

按照共享输电杆塔上天线的架设方式调节通信天线的水平方向和下倾角，使通信天线发出的电磁波主波瓣对准被试验的输电导线。

进一步地，在检测点处用声级计测量的单一可听噪声值AN₀与待共享的输电杆塔上所架设的输电导线的表面场强E₀具有如下关系：

AN₀＝a-585/E₀；

其中，a为一常数。

进一步地，在通信天线发射电磁波后，在检测点处用声级计测量的混合可听噪声值AN₁与待共享的输电杆塔上所架设的输电导线的表面场强E₁具有如下关系：

AN₁＝a-585/E₁。

进一步地，所述根据所述单一可听噪声AN₀和所述混合可听噪声AN₁，确定架设通信设备之后所述被试验的输电导线的表面场强，包括：

根据皮克公式求得待共享的输电杆塔上所架设的输电导线的表面场强 E₀；

根据下式，确定架设通信设备之后被试验的输电导线的表面场强E₁：

进一步地，所述传声器和声级计用于测量20-20kHz频率范围内的可听噪声；

所述声级计采用A计权网络；

所述传声器的架设高度为1.5m。

进一步地，所述功率放大器的功率和频率覆盖所述通信天线的功率和频率；

所述通信天线的发射功率范围为0-200W；

所述功率放大器与通信天线的连接线缆及接头插损均不大于1dB；

所述矢量信号源的调制方式为QAM64。

如图2所示，本发明实施例的通信设备对输电导线场强影响的噪声确定系统，包括：

被试验的输电导线10；

通信天线20，用于发射电磁波，所述电磁波的频率及功率与通信设备天线的工作频率和发射功率相同；

可听噪声测量装置30，用于测量与被试验的输电导线的表面电场对应的单一可听噪声AN₀；

还用于在通信天线发射电磁波后，测量与被试验的输电导线的表面电场及电磁波对应的混合可听噪声AN₁；

表面场强确定装置40，用于根据从所述可听噪声测量装置获取的所述单一可听噪声AN₀及所述混合可听噪声AN₁，确定架设通信设备之后所述被试验的输电导线的表面场强。

该通信设备对输电导线场强影响的噪声确定系统是上述方法对应的装置权利要求，与该方法具有相同的发明构思、技术方案及技术效果，这里不再赘述。

本发明另一实施例的基于噪声的通信设备对输电导线场强影响的确定方法，包括步骤：

1)选择被试验的输电导线

如图3所示，按照待共享的输电杆塔上所架设的输电导线型号及排列方式，选择相同参数的实际输电线路1作为被试验对象；则该实际输电线路1中的输电导向，即为被试验的输电导线2，并选取输电线路档距中央地势平坦的地点作为试验场地。

2)测量被试验的输电导线的可听噪声值AN₀

如图3所示，在1)中选取的试验场地内，选择输电线路的边导线地面投影外20m作为检测点，并在检测点处架设传声器6，用声级计7测量该检测点的可听噪声值AN₀。

3)发射与通信天线相近的电磁波

根据待共享的输电杆塔上架设的通信设备天线参数，包括方向图、增益和波束宽度、下倾角和发射功率等，选择参数适配的通信天线来发射电磁波。

如图3所示，发射电磁波时，矢量信号源5根据通信设备天线的调制方式设定相同的调制方式，并输出源信号送入功率放大器4，功率放大器的功率设定为通信设备天线的发射功率，功率放大器将源信号放大后输入到通信天线3。

具体地，按照共享输电杆塔上天线的架设方式调节通信天线的水平方向和下倾角，使天线发出的电磁波主波瓣对准被试验的输电导线。

4)测量被试验的输电导线的可听噪声值AN₁

按照2)的方法测量被试验的输电导线的可听噪声值AN₁。

5)处理试验数据，确定被试验的输电导线表面场强的变化

对于分裂数和导线型号已经确定的输电导线，认为其可听噪声AN₀与表面场强E₀具有如下关系：

AN₀＝a+97lg(E₀) (1)

其中，表面场强E₀可由皮克公式求得；a为常数。

处于来自通信设备的电磁场后，在检测点处测量的被试验的输电导线的可听噪声值AN₁与其表面场强E₁具有如下关系：

AN₁＝a+97lg(E₁) (2)

由式(1)和(2)可求得处于来自通信设备的电磁场后输电导线的表面场强E₁：

进一步地，如图5所示，采用镜像法计算输电导线因输电电流产生的表面场强E₀(单位为kV/cm)，其中，输电导线电位系数矩阵P及电容矩阵C如下：

P＝[p_ij]C＝[c_ij] (4)

其中，Δ'_ij为导线j与导线j地面镜像之间的距离；

Δ_ij为导线i与j之间的距离；

其中，h为导线的对地高度；

其中，r_eq为等效半径，m；

R为分裂导线的半径，m；

R为子导线半径，cm；

ε₀为真空中的介电常数，为

F/m。

C＝P^-1 (8)

求得单位长度导线上的电荷：

Q＝CU (9)

其中，U为输电线路单相导线的相电压，如500kV线路的相电压U为 289kV；

Q＝[q_i] (10)

导线表面最大电场强度为：

其中，n为导线分裂数。

综上，本发明实施例的通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法及系统，通过选择被试验的输电导线、测量被试验的输电导线的可听噪声值AN₀、发射与通信天线相近的电磁波、测量处于通信天线发射的电磁波的电磁场中的输电导线的可听噪声，最终通过处理试验数据，确定通信设备对输电导线场强的影响，也即导线表面场强的变化量。

具体地，传声器和声级计可测量20-20kHz频率范围内的可听噪声；声级计采用A计权网络。

具体地，通信天线或传声器的架设高度为1.5m。

具体地，通信天线的主波束中心线对准被试验的输电导线，通信天线的发射功率为0-200W可调。通信天线的工作频率为待安装的通信设备发射信号的频率。功率放大器的功率和频率覆盖通信天线的功率和频率。功率放大器与天线的连接线缆及接头插损不大于1dB。

与现有技术相比，本发明实施例的通信设备对输电导线场强影响的噪声确定方法，采用测量输电线路无线电干扰的方法间接获得通信设备导致的输电导线表面场强的变化量。该方法易于实施，可以定量地确定共享输电杆塔通信设备发射的电磁场对输电导线场强的影响程度。该方法简单、准确度高，确定的输电导线表面场强的变化量后续可以进一步用于确定共享输电杆塔通信设备与输电导线之间的的最优防护距离。

具体实施时，如图4所示，按照待共享的输电杆塔上所架设的输电导线型号为4×LGJ-400(指钢芯铝绞线，每相导线有四根，每根导电截面400)， 500kV单回路水平排列，选择相同参数的实际输电线路作为被试验对象，并选取档距中央地势平坦的地点作为试验场地。

在试验场地中，输电线路边导线地面投影外20m处架设传声器，离地面1.5m高度，用声级计测量可听噪声值，得到AN₀＝44。

根据待共享的输电杆塔上架设的通信天线参数，波束宽度60度、增益 15dBi、下倾角-15度，发射功率20W，选择参数适配的通信天线发射电磁波。发射电磁波时，矢量信号源根据通信的调制方式设定相同的调制方式 QAM64，输出信号送入功率放大器，功率设定为通信天线的发射功率20W，功率放大器将信号放大后输入到通信天线。按照共享输电杆塔上天线的架设方式调节通信天线的水平方向和下倾角，使天线发出的电磁波主波瓣对准输电导线。

随后，在试验场地中，用声级计测量可听噪声值，得到AN₁＝44。

如图4所示，在分裂数为4时，由皮克公式求得表面场强E₀＝16.20kV/cm。

这时，输电导线位于通信设备天线生成的电磁场之前和之后，在检测点测量的可听噪声没有变化，说明导线表面场强没有变化。这是因为导线通信设备发射的电磁波功率较小，距离较远，尚不足以改变导线表面场强。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

1、该方法采用测量输电线路可听噪声的方法间接获得输电导线表面场强的变化；

2、该方法易于实施，可以确定共享输电杆塔通信电磁场对输电导线场强的影响程度。

3、该方法简单，可以确定共享输电杆塔通信设备与输电导线场强的最优防护距离。

以上已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种基于噪声的通信设备对输电导线场强影响的确定方法，其特征在于，包括：

选择被试验的输电导线；

测量与被试验的输电导线的表面电场对应的单一可听噪声AN₀；

发射电磁波，所述电磁波的频率及功率与通信设备天线的工作频率和发射功率相同；

测量与被试验的输电导线的表面电场及电磁波对应的混合可听噪声AN₁；

根据所述单一可听噪声AN₀和所述混合可听噪声AN₁，确定架设通信设备之后所述被试验的输电导线的表面场强。

2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，

所述选择被试验的输电导线，包括：

按照待共享的输电杆塔上所架设的输电导线型号及排列方式，选择相同参数的实际输电线路作为被试验的输电导线，并选取输电线路档距中央地势平坦的地点作为试验场地。

3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，

所述测量与被试验的输电导线的表面电场对应的单一可听噪声AN₀，包括：

在选取的试验场地内，选择输电线路边导线地面投影外20m作为检测点；

在检测点处架设传声器，并用与传声器连接的声级计测量单一可听噪声值AN₀。

4.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，

所述发射电磁波，包括：

根据待共享的输电杆塔上架设的通信设备天线参数，包括方向图、增益和波束宽度、下倾角和发射功率，选择与所述天线参数适配的通信天线，选择与通信天线连接的功率放大器、与所述功率放大器连接的矢量信号源；

发射电磁波时，矢量信号源根据通信设备天线的调制方式设定相同的调制方式，并输出源信号送入功率放大器，功率放大器的功率设定为通信设备天线的发射功率，功率放大器将源信号放大后输入到通信天线；

按照共享输电杆塔上天线的架设方式调节通信天线的水平方向和下倾角，使通信天线发出的电磁波主波瓣对准被试验的输电导线。

5.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，

在检测点处用声级计测量的单一可听噪声值AN₀与待共享的输电杆塔上所架设的输电导线的表面场强E₀具有如下关系：

AN₀＝a-585/E₀；

其中，a为一常数。

6.根据权利要求5所述的确定方法，其特征在于，

在通信天线发射电磁波后，在检测点处用声级计测量的混合可听噪声值AN₁与待共享的输电杆塔上所架设的输电导线的表面场强E₁具有如下关系：

AN₁＝a-585/E₁。

7.根据权利要求6所述的确定方法，其特征在于，

所述根据所述单一可听噪声AN₀和所述混合可听噪声AN₁，确定架设通信设备之后所述被试验的输电导线的表面场强，包括：

根据皮克公式求得待共享的输电杆塔上所架设的输电导线的表面场强E₀；

根据下式，确定架设通信设备之后被试验的输电导线的表面场强E₁：

8.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，

所述传声器和声级计用于测量20-20kHz频率范围内的可听噪声；

所述声级计采用A计权网络；

所述传声器的架设高度为1.5m。

9.根据权利要求4所述的确定方法，其特征在于，

所述功率放大器的功率和频率覆盖所述通信天线的功率和频率；

所述通信天线的发射功率范围为0-200W；

所述功率放大器与通信天线的连接线缆及接头插损均不大于1dB；

所述矢量信号源的调制方式为QAM64。

10.一种基于噪声的通信设备对输电导线场强影响的确定系统，其特征在于，包括：

被试验的输电导线；

通信天线，用于发射电磁波，所述电磁波的频率及功率与通信设备天线的工作频率和发射功率相同；

可听噪声测量装置，用于测量与被试验的输电导线的表面电场对应的单一可听噪声AN₀；还用于在通信天线发射电磁波后，测量与被试验的输电导线的表面电场及电磁波对应的混合可听噪声AN₁；

表面场强确定装置，用于根据从所述可听噪声测量装置获取的所述单一可听噪声AN₀及所述混合可听噪声AN₁，确定架设通信设备之后所述被试验的输电导线的表面场强。

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