專利名稱：特高壓交流線路與中波導(dǎo)航臺間防護(hù)距離確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓輸變電工程電磁兼容領(lǐng)域，具體地講是一種lOOOkV特高壓交流線路與中波導(dǎo)航臺間防護(hù)距離的確定方法。
背景技術(shù)：
為了滿足我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的用電需求，建設(shè)以特高壓電網(wǎng) 為核心的加強電網(wǎng)已成為國家電力建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)。在采用長距離、大 容量輸電時，特高壓輸電能夠有效地節(jié)省線路走廊、有助于改善網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)、減少輸電瓶頸和實現(xiàn)大范圍的資源優(yōu)化配置，經(jīng)濟和社會效益十分明顯。但特高壓的電磁環(huán)境不同于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(dǎo)航臺的影響問題，GB6364 - 86《航 空無線電導(dǎo)航臺站電磁環(huán)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(hù)要求，對于1000kV特高壓線路，還沒有防護(hù)要 求的標(biāo)準(zhǔn)，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(dǎo)航臺站的影響，確定防護(hù)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干擾分為有源干擾和無 源干擾。有源干擾是由在導(dǎo)線和大地間形成的干擾電磁場產(chǎn)生的，主要 來自導(dǎo)線的電暈放電；無源干擾是指高壓架空導(dǎo)線和鐵塔受無線電信號 的電磁場激勵產(chǎn)生伴生電流，并向空間輻射，此二次輻射將改變原無線 電信號的幅值和相位。目前對于有源干擾已有成熟的計算模型，但對無源干擾的研究工作還很有限，現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定主要根據(jù)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(hù)距離，通常具有較大的安全裕度， 缺乏根據(jù)實際線路條件下進(jìn)行較精確防護(hù)計算的模型。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是從分析無源干擾產(chǎn)生的機理出發(fā)，建立了采用矩量 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(dǎo)航臺間防護(hù)距離的確定方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的方法是首先采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(yīng)電流分布，進(jìn)而計算出由于感應(yīng)電流所產(chǎn)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(dǎo)航臺干擾影響強度。 其具體步驟是第一步驟把發(fā)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(fā)射源的影響，建立采用矩量法計算 高壓輸電線路二次輻射場強的模型，根據(jù)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(biāo)特征尺度可以與波長比較，則采用一般的矩量 法；如果目標(biāo)很大而特征尺度又包括了一個很大的范圍，就選擇離散方 式和離散基函數(shù)；第三步驟簡化輸電線路中桿塔與分裂導(dǎo)線的計算模型，將兩者的 模型筒化為簡單金屬導(dǎo)體并且電尺寸相近；第四步驟求得輸電線路上的感應(yīng)電流分布，進(jìn)而計算出由于感應(yīng) 電流所產(chǎn)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(dǎo)航臺干擾影響強度，得到交流特高壓輸電線路與中 波導(dǎo)航臺的無源干擾防護(hù)距離。通過試驗所獲得的試驗數(shù)據(jù)對比證明，本發(fā)明具有較高準(zhǔn)確性，可 應(yīng)用于今后高壓輸電線路與相鄰無線電臺站間電磁防護(hù)間距的精確計算。


圖1為本發(fā)明天線系統(tǒng)示意圖。圖2為本發(fā)明桿塔的簡化過程示意圖。圖3為本發(fā)明多分裂導(dǎo)線的簡化過程示意圖。圖4為本發(fā)明簡化后的輸電線路(桿塔、導(dǎo)線)模型示意圖。圖5為本發(fā)明二次輻射產(chǎn)生測向誤差的示意圖。圖6為本發(fā)明試驗布置圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但該實施例不應(yīng)理 解為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明將位于無線電臺(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(chǎn)生再次感應(yīng)電動勢，此電動勢又會在此金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流同樣也會在它周 圍產(chǎn)生再次輻射電磁場，由于相位和幅值的不同，再次輻射電磁場在空 間會改變原場的幅值和相位，表現(xiàn)在源天線發(fā)射方向圖上就出現(xiàn)場形畸 變，從而使遠(yuǎn)端收信效果上出現(xiàn)信號減弱或重音。為了有效分析金屬體障礙物對發(fā)射源的影響，把發(fā)射天線和金屬體 障礙物看成一個整體天線，整個天線系統(tǒng)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(jù)波克靈頓(Pocklington)積分方程，自由空間導(dǎo)線天線上的電流 分布滿足(l)式的關(guān)系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(shù)，g(^')=eXP(-yf-〃=j— 仏7為并矢量(^+好+^)在計算輸電線路二次輻射時，整個天線系統(tǒng)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(yīng)電流厶在？處產(chǎn)生的二次輻射場強場強。空間中任意點發(fā)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(jù)輸電線路金屬架構(gòu)的特點，當(dāng)導(dǎo)體表面為柱狀 細(xì)線時^故如下i史定① 輸電線路導(dǎo)體內(nèi)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(nèi)部電流可以認(rèn)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(shè)定在導(dǎo)線半徑遠(yuǎn)小于波長和導(dǎo)線長度的時候是成立的。由設(shè) 定①②③，導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線長度為積分區(qū)域的標(biāo)量方程<formula>formula see original document page 8</formula>'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(jìn)而求解出輸電線路受感應(yīng)所產(chǎn)生的二次輻射場強。本發(fā)明在計算過程中對高壓架空線路計算模型的進(jìn)行簡化精確計 算輸電線路無源干擾影響的難點在于桿塔和分裂導(dǎo)線模型非常復(fù)雜，而 且兩者電尺寸差別很大，桿塔尺寸最大可達(dá)上百米，而子導(dǎo)線直徑為厘 米級，而在矩量法計算中目標(biāo)導(dǎo)體的特征尺度與波長之比是一個很重要 的參數(shù)，決定了具體應(yīng)用矩量法的途徑。如果目標(biāo)特征尺度可以與波長 比較，則可以采用一般的矩量法；如果目標(biāo)很大而特征尺度又包括了一 個很大的范圍，那么就需要選擇一個合適的離散方式和離to函數(shù)。單從改進(jìn)算法來克服輸電線路建模復(fù)雜的矛盾較為復(fù)雜，受計算機 內(nèi)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(shù))，而且離散 后出現(xiàn)病態(tài)矩陣也是一個難以解決的問題。因此改從簡化輸電線路中桿 塔與分裂導(dǎo)線的計算模型入手，將兩者的模型盡量筒化為簡單金屬導(dǎo)體 并且電尺寸相近1 、桿塔的簡化(圖2):為了便于計算，對復(fù)雜的桿塔模型必須進(jìn) 行化簡。如果考慮計算的臺站工作頻率在100MHz以下，由于桿塔上的過 孔尺寸遠(yuǎn)小于波長，所以桿塔可以筒化成一根"細(xì)，，導(dǎo)線?？紤]到桿塔 尺寸并不是均勻分布的，所以等效半徑的取值只能是一個范圍，設(shè)lt是 塔基的邊長，lt是桿塔頂部的邊長，桿塔的簡化"等效半徑'，rt取值范 圍為對于一個具體的桿塔模型，隨著頻率的不同，桿塔的幾何尺寸平均 值取值也是不同的。所以最終確定桿塔尺寸時，桿塔半徑應(yīng)分別取最大 值和最小值進(jìn)行比較，然后根據(jù)誤差來給定最優(yōu)等效半徑。2、多分裂導(dǎo)線的筒化(圖3):對于多分裂導(dǎo)線，采用CISPR[2]推 薦的等效半徑計算法，將多分裂導(dǎo)線等效為單根導(dǎo)線，其半徑為b —為多分裂導(dǎo)線形成的圓的直徑。 n —分裂導(dǎo)線數(shù)； d —子導(dǎo)線直徑；簡化后的線路和桿塔模型如圖4所示。 實施例在各種類型臺站中，最易受二次輻射影響產(chǎn)生誤差的是中波導(dǎo)航臺。 目前我國廣泛應(yīng)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?dāng)?shù)字8的圖形，通過旋轉(zhuǎn)天線，搜索整個360。范圍上的信號，尋找 天線端口電壓的最大值(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(chǔ)測向天線的方向圖和受二次輻射影響時測向誤差產(chǎn)生過程。二次輻射電磁場在測向天線陣列中感應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生鈍化(模糊)的影響，如在聽覺取向時，則小音點區(qū)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(chǎn)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干擾大小，GB13614國 標(biāo)編制組曾先后進(jìn)行了三次試驗，其第二次摸底試驗(亦莊高壓線桿現(xiàn) 場實測試驗)的目的就是考察實際高壓線路在一定距離內(nèi)對測向機示向 度的影響程度及其特點。整個試驗現(xiàn)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(fā)射;f幾距接收天線陣列中心正南方向350m,即應(yīng)測示向度180。。表1中給出了現(xiàn)場的實測數(shù)據(jù)和采用本發(fā)明建模方法對220kV典型 線路進(jìn)行簡化后的仿真計算數(shù)據(jù)。表l.實測數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)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(huán)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(jié)果有同樣的偏差方向，而且數(shù)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(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種特高壓交流線路與中波導(dǎo)航臺間防護(hù)距離確定方法，它包括采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，其方法是首先采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(yīng)電流分布，進(jìn)而計算出由于感應(yīng)電流所產(chǎn)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(dǎo)航臺干擾影響強度，得到交流特高壓輸電線路與中波導(dǎo)航臺的無源干擾防護(hù)距離。
2、 如權(quán)利要求1所述的特高壓交流線路與中波導(dǎo)航臺間防護(hù)距離確 定方法，其特征在于其具體步驟是第一步驟把發(fā)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(fā)射源的影響，建立采用矩量法計算 高壓輸電線路二次輻射場強的模型，根據(jù)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桿塔與分裂導(dǎo)線的計算模型，將兩者的 模型簡化為簡單金屬導(dǎo)體并且電尺寸相近；第三步驟求得輸電線路上的感應(yīng)電流分布，進(jìn)而計算出由于感應(yīng) 電流所產(chǎn)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(dǎo)航臺干擾影響強度，得到交流特高壓輸電線路與中波導(dǎo)航 臺的無源干擾防護(hù)距離。
3、 如權(quán)利要求2所述的特高壓交流線路與中波導(dǎo)航臺間防護(hù)距離確 定方法，其特征在于第一步驟中如果目標(biāo)特征尺度可以與波長比較， 則采用一般的矩量法；如果目標(biāo)很大而特征尺度又包括了一個很大的范 圍，就選擇離散方式和離tt函數(shù)。
4、 如權(quán)利要求2所述的特高壓交流線路與中波導(dǎo)航臺間防護(hù)距離確 定方法，其特征在于第三步驟中桿塔等效成一根"細(xì)，，導(dǎo)線。
5、 如權(quán)利要求2所述的特高壓交流線路與中波導(dǎo)航臺間防護(hù)距離確 定方法，其特征在于第三步驟中分裂導(dǎo)線等效為單根導(dǎo)線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特高壓交流線路與中波導(dǎo)航臺間防護(hù)距離確定方法，它包括采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，其方法是首先采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(yīng)電流分布，進(jìn)而計算出由于感應(yīng)電流所產(chǎn)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(dǎo)航臺干擾影響強度，得到交流特高壓輸電線路與中波導(dǎo)航臺的無源干擾防護(hù)距離。通過試驗所獲得的試驗數(shù)據(jù)對比證明，本發(fā)明具有較高準(zhǔn)確性，可應(yīng)用于今后高壓輸電線路與相鄰無線電臺站間電磁防護(hù)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(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者萬保權(quán), 劉興發(fā), 張業(yè)茂, 勤 王 申請人:國網(wǎng)武漢高壓研究院