CN203618001U

CN203618001U - 中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置

Info

Publication number: CN203618001U
Application number: CN201320855800.2U
Authority: CN
Inventors: 唐波
Original assignee: China Three Gorges University CTGU
Current assignee: China Three Gorges University CTGU
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2023-12-24

Abstract

中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，包括金属绞线、接地装置，金属绞线的一端连接铁塔塔顶、另一端在距离地面一定高度的位置连接由：可调电感L、可调电容C、短截金属绞线并联构成的并联组件一端，所述并联组件另一端连接接地装置。本实用新型一种中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，能明显抑制特高压输电铁塔对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相邻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铁塔二次辐射抑制装置

技术领域

本实用新型一种中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，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组成的回路，或多基铁塔自身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绝缘的情况，根据天线理论，铁塔在中波频段（0.3~3MHz）可视为独立的、垂直于地面的单极线天线，该线天线在中波无线电信号的激励下感应出巨大的感应电流。感应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》。均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，需针对性的实用新型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

本实用新型基于抑制无源干扰极大值的思想，针对特高压输电线路铁塔与地线绝缘的情况，从特高压输电铁塔产生二次辐射的机理出发，提供了中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，能够有效抑制特高压输电铁塔对邻近无线电台站二次辐射。

本实用新型采取的技术方案为：中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，包括金属绞线、接地装置，金属绞线的一端连接铁塔塔顶、另一端在距离地面一定高度的位置连接由：可调电感L、可调电容C、短截金属绞线并联构成的并联组件一端，所述并联组件另一端连接接地装置。

所述可调电感L、可调电容C、短截金属绞线分别串联第一切换开关K1、第二切换开关K2、第三切换开关K3构成所述并联组件的三个支路。

所述金属绞线的长度等于铁塔的高度、且和铁塔之间始终保持一定距离。

本实用新型一种中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，能明显抑制特高压输电铁塔对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相邻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为特高压输电铁塔结构图，其中：L_t表示输电铁塔顶部的边长，L_b表示输电铁塔塔基的边长。

图2为本实用新型特高压输电铁塔简化图，其中：2r_t表示输电铁塔的简化“等效半径”。

图3为为安装抑制装置的特高压输电铁塔无源干扰数值求解模型示意图；

图4为本实用新型特高压输电铁塔无源干扰数值求解模型示意图；

图5为本实用新型本实用新型特高压输电铁塔二次辐射抑制装置的安装示意图；

图6为本实用新型铁塔二次辐射抑制装置感应电流等效电路示意图。

图7为本实用新型3根钢柱体测向实验布置图。

具体实施方式

中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，包括金属绞线1、接地装置2，金属绞线1可以使用铝绞线或者铜绞线，但铝质轻价廉，导电性能仅次于铜，且此处对机械强度的要求较低，因此优选采用铝绞线。铝绞线1的一端连接铁塔4塔顶、另一端在距离地面一定高度的位置连接由：可调电感L、可调电容C、短截金属绞线3并联构成的并联组件一端，所述并联组件另一端连接接地装置2。短截金属绞线3可以使用铜绞线，但铝质轻价廉，导电性能仅次于铜，且此处对机械强度的要求较低，因此优选采用短截铝绞线。接地装置2是输电铁塔的接地装置，本实用新型通过铝绞线与输电铁塔的接地装置连接。

所述可调电感L、可调电容C、短截铝绞线分别串联第一切换开关K1、第二切换开关K2、第三切换开关K3构成所述并联组件的三个支路。

所述金属绞线1的长度等于铁塔4的高度、且和铁塔4之间始终保持一定距离。

中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制方法，首先确定四分之一倍的铁塔二次辐射最大值频率对应的波长，将铁塔的高度与四分之一倍的波长进行对比，通过切换开关以及调节可调电容或可调电感操作，调节特高压输电铁塔二次辐射抑制装置的感应电流，从而抑制铁塔对附近的无线电台站的信号干扰。

中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制方法，包括以下步骤：

步骤一：根据无源干扰水平射频图，确定铁塔二次辐射最大值频率，计算该频率对应电磁波的波长；

步骤二：比较四分之一倍的波长和铁塔的高度，当铁塔高度为四分之一倍的波长时，第三切换开关K3切换到短截铝绞线所在支路；当铁塔高度小于四分之一倍的波长时，第二切换开关K2切换到可调电容C所在支路；当铁塔高度大于四分之一倍的波长时，第一切换开关K1切换到可调电感L所在支路；

步骤三：调节可调电容C或可调电感L，对特高压输电铁塔二次辐射抑制装置的感应电流进行调节，使其与铁塔4的感应电流大小相等、相位相反，从而最大幅度地抑制铁塔4对邻近的无线电台站产生无源干扰。

下面结合实施例对本实用新型作进一步详细的说明，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。

1、二次辐射最大值频率的确定及修正：

以天线理论为基础，认为二次辐射最大值主要取决于激励电磁波的波长和铁塔的高度。设铁塔为垂直接地导线的有效高为ha，离激励天线的距离为h，被测来波发射台的场强为ε，则有垂直导体（铁塔）中感应的电动势为：

Figure 2013208558002100002DEST_PATH_IMAGE001

式中，la为垂直接地金属导体（铁塔）的高度，λ为波长。根据半波天线理论，认为当铁塔高度达四分之一倍的波长时，铁塔感应电动势有最大值。但实验与仿真计算结果表明，铁塔和地线不相连时，干扰最大值出现的频率不能与上述结论严格吻合，两者存在一定的差异。这是由于铁塔是在平面波激励下才产生二次辐射，这和从天线中心进行馈电的发射天线在受激励发射电磁波情况不同；同时铁塔相互之间还存在耦合作用，对电磁波形成多次折反射，造成观测点场强的变化极为复杂。

因此，这种平面电磁波激励下的铁塔二次辐射最大值和本身就是发射源的天线辐射最大值应该有所区别，铁塔的二次辐射最大值频率需要通过场强观测点处的无源干扰水平射频图确定。为了便于计算，将特高压输电铁塔简化为直线模型，如图1所示。结合电磁散射原理及图2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，并利用矩量法求解感应电流的数值，进而得到场强观测点处的无源干扰水平。

2、铁塔无源干扰抑制装置：

为了抑制特高压输电铁塔对邻近无线台站的无源干扰，本实用新型特高压输电铁塔二次辐射抑制装置，该装置的适用范围为铁塔与地线绝缘隔离的情况。

特高压输电铁塔二次辐射抑制装置由铝绞线、可调电容C、可调电感L、短截铝绞线和接地装置2组成。该装置的铝绞线的一端连接铁塔4塔顶，另一端在距离地面一定高度的位置处通过可调电感L、可调电容C及短截铝绞线并联的方式与接地装置4连接。铝绞线的长度由铁塔4的高度相同，铝绞线和铁塔4之间的距离始终保持一定距离。图5展示了特高压输电铁塔二次辐射抑制装置安装示意图。通过切换开关以及调节可调电容C、可调电感L的大小，该装置可以使场强观测点处的无源干扰水平达到最小值，避免特高压输电铁塔对邻近无线电台站的无源干扰。

具体的原理：根据前述计算得到的铁塔二次辐射最大值频率，将该频率对应的波长和铁塔的高度进行比较，通过切换开关以及调节调节电容C或可调电感L操作，可以对铁塔无源干扰抑制装置的感应电流进行调节，使其与铁塔的感应电流大小相等、相位相反。此时，特高压输电铁塔二次辐射抑制装置和铁塔产生的二次辐射电磁波的幅值相等、相位相反，恰好相互抵消，对铁塔附近的无线电台站的信号不产生影响。当铁塔高度为四分之一波长时，开关切换到短截铝绞线所在支路，可以极大地削弱场强观测点处的无源干扰水平；当铁塔高度小于四分之一波长时，开关应切换到可调电容C所在支路；当铁塔高度大于四分之一波长时，开关应切换到可调电感L所在支路。

3、数值计算结果：

图6展示了计算模型中的特高压输电铁塔二次辐射抑制装置和特高压铁塔的感应电流等效电路图。特高压输电铁塔二次辐射抑制装置和铁塔的感应电流I_感都非常大，但选择合适的电容值或电感值可以使2-6#与7-11#线单元的感应电流I_感相量和等于0。

对于±800 kV某特高压直流输电线路ZP30101型典型铁塔，铁塔高度小于λ/4时，开关切换到可调电容C所在支路。当电容值较小时，根据容抗的计算公式：C=1/(2πfC)，容抗将很大，相当于铝绞线与铁塔4开路，此时铝绞线的感应电流很小，产生的二次辐射场不能与铁塔二次辐射场相抵消；当电容值较大时，容抗很小，相当于铝绞线与铁塔4短路，此时铝绞线的感应电流很大且相位与铁塔4感应电流相位相同，同样不能抵消铁塔二次辐射场的目的；当电容值对应的容抗等于该频率下等效电路的感抗时，铝绞线和铁塔4的感应电流幅值相等且相位相反，此时铝绞线和铁塔4产生的二次辐射场恰好抵消。

4、缩比模型验证：

按照1/10尺寸比例建立实施例对应的缩比模型，进行了3根钢柱体成列组阵的测向实验。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：自制某型移动式测向机，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。选择新津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7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90⁰，对测向天线进行全频段(3~30MHz)激励，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，三根8m垂直导体按照40m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。

表1中给出了现场的实测数据和采用本实用新型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。同时，安装无源干扰谐振抑制装置后，场强观测点处的无源干扰水平明显降低，说明该装置对无源干扰谐振具有明显的抑制效果。

Claims

1.中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，包括金属绞线（1）、接地装置（2），其特征在于，金属绞线（1）的一端连接铁塔（4）塔顶、另一端在距离地面一定高度的位置连接由：可调电感（L）、可调电容（C）、短截金属绞线（3）并联构成的并联组件一端，所述并联组件另一端连接接地装置（2）。

2.根据权利要求1所述中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，其特征在于，所述可调电感（L）、可调电容（C）、短截金属绞线（3）分别串联第一切换开关（K1）、第二切换开关（K2）、第三切换开关（K3）构成所述并联组件的三个支路。

3.根据权利要求1所述中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，其特征在于，所述金属绞线（1）的长度等于铁塔（4）的高度、且和铁塔（4）之间始终保持一定距离。

4.根据权利要求1所述中波频段特高压输电线路铁塔二次辐射抑制装置，其特征在于，金属绞线（1）为铝绞线或者铜绞线。