特高壓交流線路與中波導航臺間防護距離確定方法

2023-09-23 10:48:40

專利名稱：特高壓交流線路與中波導航臺間防護距離確定方法
技術領域：
本發明屬於高壓輸變電工程電磁兼容領域，具體地講是一種lOOOkV特高壓交流線路與中波導航臺間防護距離的確定方法。
背景技術：
為了滿足我國經濟社會可持續發展的用電需求，建設以特高壓電網 為核心的加強電網已成為國家電力建設的戰略目標。在採用長距離、大 容量輸電時，特高壓輸電能夠有效地節省線路走廊、有助於改善網絡結 構、減少輸電瓶頸和實現大範圍的資源優化配置，經濟和社會效益十分明顯。但特高壓的電磁環境不同於500kV線路，其中特別重要的是特高 壓輸電線路對沿線鄰近的航空無線電導航臺的影響問題，GB6364 - 86《航 空無線電導航臺站電磁環境要求》對500kV及以下電壓等級輸電線路、 變電站提出了明確的防護要求，對於1000kV特高壓線路，還沒有防護要 求的標準，這不但給工程的路徑選擇和工程造價增加很多不確定的因素 和不必要的困難，而且也可能影響臨近無線電臺站的正常工作，因此研 究1000kV特高壓輸電線路對航空無線電導航臺站的影響，確定防護距離 顯得非常必要。高壓架空輸電線路對無線電臺站可能形成的幹擾分為有源幹擾和無 源幹擾。有源幹擾是由在導線和大地間形成的幹擾電磁場產生的，主要 來自導線的電暈放電；無源幹擾是指高壓架空導線和鐵塔受無線電信號 的電磁場激勵產生伴生電流，並向空間輻射，此二次輻射將改變原無線 電信號的幅值和相位。目前對於有源幹擾已有成熟的計算模型，但對無源幹擾的研究工作還很有限，現行的國家標準有關規定主要根據單個高壓鐵塔高度所估算 出的最大諧振點來確定與臺站間防護距離，通常具有較大的安全裕度， 缺乏根據實際線路條件下進行較精確防護計算的模型。發明內容本發明的目的是從分析無源幹擾產生的機理出發，建立了採用矩量 法計算高壓輸電線路二次輻射場強的模型，而提供一種特高壓交流線路 與中波導航臺間防護距離的確定方法。為了實現上述目的，本發明所採用的方法是首先採用矩量法和特高壓交流輸電線路簡化模型計算特高壓交流輸電線路上分布電流，通過上述所求得的輸電線路上的感應電流分布，進而計算出由於感應電流所產生的二次輻射強度矢量，與源無線電波疊加，求出1000kV特高壓交流線路對中波導航臺幹擾影響強度。 其具體步驟是第一步驟把發射天線和金屬體障礙物看成一個整體天線，分析特 高壓輸電線路對金屬體障礙物和對發射源的影響，建立採用矩量法計算 高壓輸電線路二次輻射場強的模型，根據波克靈頓(Pockl ington)積分方 程求得輸電線路上的電流分布；第二步驟如果目標特徵尺度可以與波長比較，則採用一般的矩量 法；如果目標很大而特徵尺度又包括了一個很大的範圍，就選擇離散方 式和離散基函數；第三步驟簡化輸電線路中杆塔與分裂導線的計算模型，將兩者的 模型筒化為簡單金屬導體並且電尺寸相近；第四步驟求得輸電線路上的感應電流分布，進而計算出由於感應 電流所產生的二次輻射強度矢量，與源無線電波疊加，求出1000kV特高壓交流線路對中波導航臺幹擾影響強度，得到交流特高壓輸電線路與中 波導航臺的無源幹擾防護距離。通過試驗所獲得的試驗數據對比證明，本發明具有較高準確性，可 應用於今後高壓輸電線路與相鄰無線電臺站間電磁防護間距的精確計算。


圖1為本發明天線系統示意圖。圖2為本發明杆塔的簡化過程示意圖。圖3為本發明多分裂導線的簡化過程示意圖。圖4為本發明簡化後的輸電線路(杆塔、導線)模型示意圖。圖5為本發明二次輻射產生測向誤差的示意圖。圖6為本發明試驗布置圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳細的說明，但該實施例不應理 解為對本發明的限制。本發明將位於無線電臺(站)天線陣列附近的高壓架空線和鐵塔等 金屬體障礙物作為等效接收天線，對無線電來波產生再次感應電動勢，此電動勢又會在此金屬導體中產生感應電流，感應電流同樣也會在它周 圍產生再次輻射電磁場，由於相位和幅值的不同，再次輻射電磁場在空 間會改變原場的幅值和相位，表現在源天線發射方向圖上就出現場形畸 變，從而使遠端收信效果上出現信號減弱或重音。為了有效分析金屬體障礙物對發射源的影響，把發射天線和金屬體 障礙物看成一個整體天線，整個天線系統如圖1所示。要求空間任意點的二次輻射場強,必須先求得輸電線路上的電流分布。
根據波克靈頓(Pocklington)積分方程，自由空間導線天線上的電流 分布滿足(l)式的關係4;rA ^ ( 1 )其中^(;)為；處的二次輻射電場強度；力「')為「'上P處的體電流密度； 式中5( ，0-(^7+vv)g( ，0;g(^)為自由空間格林函數，g(^')=eXP(-yf-〃=j— 仏7為並矢量(^+好+^)在計算輸電線路二次輻射時，整個天線系統滿足的邊界條件如下=0 (2)其中^W是表面；的單位向量，￡ W是入射場在？處的電場強度: F。是感應電流厶在？處產生的二次輻射場強場強。空間中任意點發射源的入射場強滿足方程-/K )x^(P)=^4*卩(,)W-v^7)g(P7W械 2 & (3)為簡化計算量，根據輸電線路金屬架構的特點，當導體表面為柱狀 細線時^故如下i史定① 輸電線路導體內部的軸向電流橫向分量可以忽略不計；② 軸向電流的面積可以忽略不計；③ 輸電線路內部電流可以認為完全集中在軸線上；④對電場的邊界條件限值只需要加載在軸線方向； 以上設定在導線半徑遠小于波長和導線長度的時候是成立的。由設 定①②③，導線半徑上的表面電流可用線電流/代替其中^是沿著軸線方向到？的距離；;是在；的導線軸向切線方向 把軸向的邊界條件代入式(1)和式(3 )，就可以化筒得到整個導線長度為積分區域的標量方程formula see original document page 8'如果入射場強^。已知，對式(4)求解，就可以得到天線上的電流 分布，進而求解出輸電線路受感應所產生的二次輻射場強。本發明在計算過程中對高壓架空線路計算模型的進行簡化精確計 算輸電線路無源幹擾影響的難點在於杆塔和分裂導線模型非常複雜，而 且兩者電尺寸差別很大，杆塔尺寸最大可達上百米，而子導線直徑為釐 米級，而在矩量法計算中目標導體的特徵尺度與波長之比是一個很重要 的參數，決定了具體應用矩量法的途徑。如果目標特徵尺度可以與波長 比較，則可以採用一般的矩量法；如果目標很大而特徵尺度又包括了一 個很大的範圍，那麼就需要選擇一個合適的離散方式和離to函數。單從改進算法來克服輸電線路建模複雜的矛盾較為複雜，受計算機 內存和計算速度影響，有些二維和三維問題用矩量法求解是非常困難的， 因為計算的存儲量通常與N2或者N3成正比(N為離散點數)，而且離散 後出現病態矩陣也是一個難以解決的問題。因此改從簡化輸電線路中杆 塔與分裂導線的計算模型入手，將兩者的模型儘量筒化為簡單金屬導體 並且電尺寸相近1 、杆塔的簡化(圖2):為了便於計算，對複雜的杆塔模型必須進 行化簡。如果考慮計算的臺站工作頻率在100MHz以下，由於杆塔上的過 孔尺寸遠小于波長，所以杆塔可以筒化成一根"細，，導線。考慮到杆塔 尺寸並不是均勻分布的，所以等效半徑的取值只能是一個範圍，設lt是 塔基的邊長，lt是杆塔頂部的邊長，杆塔的簡化"等效半徑'，rt取值範 圍為對於一個具體的杆塔模型，隨著頻率的不同，杆塔的幾何尺寸平均 值取值也是不同的。所以最終確定杆塔尺寸時，杆塔半徑應分別取最大 值和最小值進行比較，然後根據誤差來給定最優等效半徑。2、多分裂導線的筒化(圖3):對於多分裂導線，採用CISPR[2]推 薦的等效半徑計算法，將多分裂導線等效為單根導線，其半徑為b —為多分裂導線形成的圓的直徑。 n —分裂導線數； d —子導線直徑；簡化後的線路和杆塔模型如圖4所示。 實施例在各種類型臺站中，最易受二次輻射影響產生誤差的是中波導航臺。 目前我國廣泛應用的航空無線電測向機，其矩形天線陣列的方向圖為阿 拉伯數字8的圖形，通過旋轉天線，搜索整個360。範圍上的信號，尋找 天線埠電壓的最大值(即大音點)或最小值(即小音點)來確定來波 方向(圖5 )。圖5中給出了小基礎測向天線的方向圖和受二次輻射影響時測向誤差產生過程。二次輻射電磁場在測向天線陣列中感應的電動勢同相分量將增強或減小原信號，直接引起測向誤差；異相分量與主電磁 場感應的電動勢相位上相差90° ,使測向在取向(獲取來波來向的示向 度)時產生鈍化(模糊)的影響，如在聽覺取向時，則小音點區域變寬， 在視覺取向時使原為呈直線的示向度線變成橢圓形，這些都對來波的取 向造成困難，間接產生測向誤差。實測方向與實際來波方向的差值就是 測向誤差。為了確定電大尺寸物體對測向臺的無源幹擾大小，GB13614國 標編制組曾先後進行了三次試驗，其第二次摸底試驗(亦莊高壓線杆現 場實測試驗)的目的就是考察實際高壓線路在一定距離內對測向機示向 度的影響程度及其特點。整個試驗現場的布置如圖6如示220kV高壓線路南北走向，檔距350m,接收天線中心到外邊相78m， 發射;f幾距接收天線陣列中心正南方向350m,即應測示向度180。。表1中給出了現場的實測數據和採用本發明建模方法對220kV典型 線路進行簡化後的仿真計算數據。表l.實測數據與仿真數據對照頻率(MHz)1176421.5實測示向度177.8180.4182.5185.3180.7182.5計算示相圖178.6181.2181.9184.6181.4181.6考慮到實際測量不可避免的受周圍電磁環境和地形等多種因素影 響，通過比較表1中實測示向度與計算示向度，在同一頻率下計算值跟 實測結果有同樣的偏差方向，而且數值上非常接近，可驗證簡化模型和 計算方法是可信的。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1、一種特高壓交流線路與中波導航臺間防護距離確定方法，它包括採用矩量法計算特高壓交流輸電線路上分布電流和特高壓交流輸電線路簡化模型，其方法是首先採用矩量法和特高壓交流輸電線路簡化模型計算特高壓交流輸電線路上分布電流，通過所求得的輸電線路上的感應電流分布，進而計算出由於感應電流所產生的二次輻射強度矢量，與源無線電波疊加，求出1000kV特高壓交流線路對中波導航臺幹擾影響強度，得到交流特高壓輸電線路與中波導航臺的無源幹擾防護距離。
2、 如權利要求1所述的特高壓交流線路與中波導航臺間防護距離確 定方法，其特徵在於其具體步驟是第一步驟把發射天線和金屬體障礙物看成一個整體天線，分析特 高壓輸電線路對金屬體障礙物和對發射源的影響，建立採用矩量法計算 高壓輸電線路二次輻射場強的模型，根據波克靈頓積分方程求得輸電線 路上的電流分布；第二步驟簡化輸電線路中杆塔與分裂導線的計算模型，將兩者的 模型簡化為簡單金屬導體並且電尺寸相近；第三步驟求得輸電線路上的感應電流分布，進而計算出由於感應 電流所產生的二次輻射強度矢量，與源無線電波疊加，求出特高壓交流 線路對中波導航臺幹擾影響強度，得到交流特高壓輸電線路與中波導航 臺的無源幹擾防護距離。
3、 如權利要求2所述的特高壓交流線路與中波導航臺間防護距離確 定方法，其特徵在於第一步驟中如果目標特徵尺度可以與波長比較， 則採用一般的矩量法；如果目標很大而特徵尺度又包括了一個很大的範 圍，就選擇離散方式和離tt函數。
4、 如權利要求2所述的特高壓交流線路與中波導航臺間防護距離確 定方法，其特徵在於第三步驟中杆塔等效成一根"細，，導線。
5、 如權利要求2所述的特高壓交流線路與中波導航臺間防護距離確 定方法，其特徵在於第三步驟中分裂導線等效為單根導線。
全文摘要
本發明涉及一種特高壓交流線路與中波導航臺間防護距離確定方法，它包括採用矩量法計算特高壓交流輸電線路上分布電流和特高壓交流輸電線路簡化模型，其方法是首先採用矩量法和特高壓交流輸電線路簡化模型計算特高壓交流輸電線路上分布電流，通過上述所求得的輸電線路上的感應電流分布，進而計算出由於感應電流所產生的二次輻射強度矢量，與源無線電波疊加，求出1000kV特高壓交流線路對中波導航臺幹擾影響強度，得到交流特高壓輸電線路與中波導航臺的無源幹擾防護距離。通過試驗所獲得的試驗數據對比證明，本發明具有較高準確性，可應用於今後高壓輸電線路與相鄰無線電臺站間電磁防護間距的精確計算。
文檔編號G01R31/00GK101221204SQ200710168959
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月20日 優先權日2007年12月20日
發明者萬保權, 劉興發, 張業茂, 勤 王 申請人:國網武漢高壓研究院