引言

某士800kk特高壓輸電工程是我國實施.西電東送"戰(zhàn)略的重點工程,也是促進(jìn)國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排的重大清潔能源項目。受周邊障礙物限制,該線路工程與一飛機導(dǎo)航臺距離較近。導(dǎo)航臺型式如圖V所示,該導(dǎo)航臺為華東地區(qū)重要的航路導(dǎo)航臺,為南來北往的飛機提供準(zhǔn)確的方位和距離。導(dǎo)航臺主要設(shè)有多普勒全向信標(biāo)臺和測距儀站,為保證導(dǎo)航精度,導(dǎo)航臺對周邊建筑物高度及電磁環(huán)境都有嚴(yán)格要求。而該特高壓輸電工程鐵塔普遍較高,且電流通量大,因此需進(jìn)行專題分析研究。

圖1導(dǎo)航臺型式

1可能存在的影響

文獻(xiàn)[V]給出了全向信標(biāo)臺和測距儀臺對周邊電磁環(huán)境的具體要求:

(1)以全向信標(biāo)/測距儀臺天線基礎(chǔ)中心為基準(zhǔn)點,以全向信標(biāo)天線反射網(wǎng)平面為基準(zhǔn)面,半徑1002以內(nèi)不應(yīng)有超出基準(zhǔn)面高度的m3kk及以上的高壓輸電線,半徑3002以內(nèi)不應(yīng)有超出基準(zhǔn)面高度的110kk及以上的高壓輸電線。

(2)導(dǎo)航臺全向信標(biāo)設(shè)備信號在覆蓋區(qū)內(nèi)的最低信號場強為50μk/2,對調(diào)頻廣播干擾的防護率為V7dB,對工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備干擾的防護率為V4dB,對其他各種有源干擾的防護率為10dB,計算得到允許的高壓線路最大干擾場強為V5dB(μk/2)。

(3)導(dǎo)航臺測距儀設(shè)備信號在覆蓋區(qū)內(nèi)的最低信號場強為685μk/2,對各種有源干擾的防護率為8dB,折算得到允許的高壓線路最大干擾場強為45dB(μk/2)。

根據(jù)現(xiàn)場實測,該線路工程與導(dǎo)航臺之間的距離為557m。高壓架空輸電線路運行時,導(dǎo)線表面存在一定的電暈放電現(xiàn)象,桿塔上的絕緣子和金具等部分也可能存在間歇性火花放電現(xiàn)象,從而產(chǎn)生無線電噪聲。文獻(xiàn)對高壓架空輸電線路的無線電噪聲特性進(jìn)行了描述,電暈放電主要能量集中在10MHz以內(nèi)。經(jīng)統(tǒng)計,30MHz時的無線電噪聲比0.3MHz時衰減10~40dB。文獻(xiàn)給出了我國士800kk直流輸電線路的控制值:正極性導(dǎo)線地面投影外側(cè)102,頻率為0.3MHz的無線電干擾限值為58dB(μk/2)。

30MHz以上無線電噪聲主要來自于絕緣子和金具的火花放電,電暈放電產(chǎn)生的高頻電流沿導(dǎo)線傳導(dǎo),沿線發(fā)射無線電噪聲,火花放電則主要以絕緣子和金具為中心向空間發(fā)射。全向信標(biāo)臺工作在108~117.975MHz,測距儀臺工作在960~1215MHz,雖然頻段與高壓線路的主要噪聲頻率不一致,但從嚴(yán)考慮,高壓輸電線路可能對新導(dǎo)航臺存在有源干擾風(fēng)險,為此,下文對特高壓直流輸電線路在導(dǎo)航臺工作頻率范圍的無線電噪聲進(jìn)行類比測量與評估。

2架空輸電線路的無線電噪聲

2.1導(dǎo)線電暈所產(chǎn)生的無線電噪聲

高壓輸電線路帶電運行時,導(dǎo)線表面的電位梯度較高,會引起表面空氣電離擊穿放電,稱為"電暈",會使導(dǎo)線周圍形成脈沖重復(fù)率很高的"穩(wěn)態(tài)"無線電干擾場。

傅里葉分析和大量實測數(shù)據(jù)驗證表明,架空電力線的電暈干擾頻譜幅度較高,但這種干擾主要能量集中在l0MHz以下,30MHz以上干擾隨頻率增高幅值下降很快。圖2為特高壓輸電線路運行后常年觀測所統(tǒng)計的無線電干擾頻譜特性,從圖中可以看出,l0MHz以后,干擾幅值相對于0.5MHz已下降了30~40dB,不會形成有效干擾。

圖2特高壓輸電線路無線電干擾頻譜特性

2.2絕緣子和金具火花放電所產(chǎn)生的無線電噪聲

30MHz以上頻段無線電干擾大部分由火花放電產(chǎn)生,由于高頻集膚效應(yīng)的影響,脈沖干擾電流在導(dǎo)線內(nèi)的傳播衰減增大,同時在這個頻段內(nèi)波長已接近或小于導(dǎo)線間隙和設(shè)備、金具的尺寸,因此30MHz以上頻段干擾被認(rèn)為是空間不連續(xù)分布的點源輻射的結(jié)果。

在線路上導(dǎo)線的電暈脈沖頻譜分量本身已很小,同時又不能有效地輻射到空間,因此在30MHz以上頻段輸電線路的干擾較小,主要反映在鐵塔、絕緣子串、金具等部位火花放電上。隨著電力設(shè)備制造和施工工藝水平的提高,金具表面場強已經(jīng)被控制得很低(l0kV/cm2以下),已運行線路很難觀察到火花放電現(xiàn)象。

3線路無線電噪聲的類比測量

3.1測量系統(tǒng)

本次測試采用德國R&S公司的sSH4接收機/頻譜儀,該頻譜儀靈敏度高,分辨率帶寬1Hz。接收天線采用頻率30F300MHz的雙錐天線和200~2000MHz的對數(shù)周期天線。其中,雙錐天線采用水平極化方式,測量時采用平均值檢波:對數(shù)周期天線采用垂直極化方式,測量時采用峰值檢波。測量系統(tǒng)的靈敏度均大于全向信標(biāo)臺和測距儀臺最大干擾允許場強,滿足文獻(xiàn)[4]中的測量系統(tǒng)要求。

3.2類比對象及測點

我國在運特高壓直流工程已有十余個,需從中選擇某已建特高壓直流工程進(jìn)行類比監(jiān)測。高壓架空輸電線路的無線電噪聲與線路的運行電壓、對地高度和導(dǎo)線型式相關(guān)。本工程所用導(dǎo)線截面為l000mm2,分裂間距500mm,導(dǎo)線截面越大,分裂間距越大,導(dǎo)線表面的電場強度越小,產(chǎn)生的無線電噪聲越小,按照從嚴(yán)考慮,選擇導(dǎo)線截面900mm2,分裂間距450mm的某已建工程作為類比監(jiān)測對象。

以邊導(dǎo)線地面投影為0點設(shè)置測點,如圖3所示,1#~7#測點分布在距0點2m~2km的位置,天線中心離地高度2m,測量現(xiàn)場照片如圖4所示。

3.3測量結(jié)果

6#測點與已建線路的距離和導(dǎo)航臺與本工程線路距離相近,依據(jù)文獻(xiàn)[4]中的測量方法,該測點測量結(jié)果如圖5所示。

6#測點113.9MHz、1173MHz和1110MHz頻率測量結(jié)果和換算結(jié)果的典型值如表1所示。

根據(jù)前述文獻(xiàn)的要求,線路干擾測量結(jié)果表明,線路對導(dǎo)航臺的干擾值均在限值要求以內(nèi)。

4結(jié)論

(1)高壓輸電線路的無線電噪聲基本在30MHz以下,主要能量集中在10MHz以內(nèi),沿線路傳播,影響面較廣。

(2)30MHz以上無線電噪聲主要是絕緣子和金具等火花放電所致,不能在導(dǎo)線中有效傳播,集中在桿塔附近區(qū)域,是"點"干擾源。隨著電力設(shè)備加工和施工工藝水平的提高,加上特高壓工程設(shè)計時金具表面場強保留了充足裕量,已運行特高壓線路金具和絕緣沒有發(fā)現(xiàn)火花放電現(xiàn)象。因此,輸電線路30MHz以上無線電噪聲影響面小,衰減快。

(3)類比測量6#測點的電磁環(huán)境測量結(jié)果表明,被測量直流輸電線路工程滿足文獻(xiàn)中規(guī)定的多普勒全向信標(biāo)臺和測距儀臺的干擾防護率要求。由此類推,本工程線路無線電噪聲也滿足全向信標(biāo)臺和測距儀臺有源干擾防護率要求,不會對涉及的航路導(dǎo)航臺造成有源干擾。