特高壓直流輸電線路對(duì)飛機(jī)導(dǎo)航臺(tái)的影響分析

引言

某士800kk特高壓輸電工程是我國(guó)實(shí)施.西電東送"戰(zhàn)略的重點(diǎn)工程,也是促進(jìn)國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排的重大清潔能源項(xiàng)目。受周邊障礙物限制,該線路工程與一飛機(jī)導(dǎo)航臺(tái)距離較近。導(dǎo)航臺(tái)型式如圖V所示,該導(dǎo)航臺(tái)為華東地區(qū)重要的航路導(dǎo)航臺(tái),為南來(lái)北往的飛機(jī)提供準(zhǔn)確的方位和距離。導(dǎo)航臺(tái)主要設(shè)有多普勒全向信標(biāo)臺(tái)和測(cè)距儀站,為保證導(dǎo)航精度,導(dǎo)航臺(tái)對(duì)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(zhuān)題分析研究。

圖1導(dǎo)航臺(tái)型式

1可能存在的影響

文獻(xiàn)[V]給出了全向信標(biāo)臺(tái)和測(cè)距儀臺(tái)對(duì)周邊電磁環(huán)境的具體要求:

(1)以全向信標(biāo)/測(cè)距儀臺(tái)天線基礎(chǔ)中心為基準(zhǔn)點(diǎn),以全向信標(biāo)天線反射網(wǎng)平面為基準(zhǔn)面,半徑1002以?xún)?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?xún)?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(tái)全向信標(biāo)設(shè)備信號(hào)在覆蓋區(qū)內(nèi)的最低信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)為50μk/2,對(duì)調(diào)頻廣播干擾的防護(hù)率為V7dB,對(duì)工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備干擾的防護(hù)率為V4dB,對(duì)其他各種有源干擾的防護(hù)率為10dB,計(jì)算得到允許的高壓線路最大干擾場(chǎng)強(qiáng)為V5dB(μk/2)。

(3)導(dǎo)航臺(tái)測(cè)距儀設(shè)備信號(hào)在覆蓋區(qū)內(nèi)的最低信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)為685μk/2,對(duì)各種有源干擾的防護(hù)率為8dB,折算得到允許的高壓線路最大干擾場(chǎng)強(qiáng)為45dB(μk/2)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),該線路工程與導(dǎo)航臺(tái)之間的距離為557m。高壓架空輸電線路運(yùn)行時(shí),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(wú)線電噪聲。文獻(xiàn)對(duì)高壓架空輸電線路的無(wú)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?xún)?nèi)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),30MHz時(shí)的無(wú)線電噪聲比0.3MHz時(shí)衰減10~40dB。文獻(xiàn)給出了我國(guó)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(wú)線電干擾限值為58dB(μk/2)。

30MHz以上無(wú)線電噪聲主要來(lái)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(wú)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(tái)工作在108~117.975MHz,測(cè)距儀臺(tái)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(duì)新導(dǎo)航臺(tái)存在有源干擾風(fēng)險(xiǎn),為此,下文對(duì)特高壓直流輸電線路在導(dǎo)航臺(tái)工作頻率范圍的無(wú)線電噪聲進(jìn)行類(lèi)比測(cè)量與評(píng)估。

2架空輸電線路的無(wú)線電噪聲

2.1導(dǎo)線電暈所產(chǎn)生的無(wú)線電噪聲

高壓輸電線路帶電運(yùn)行時(shí),導(dǎo)線表面的電位梯度較高,會(huì)引起表面空氣電離擊穿放電,稱(chēng)為"電暈",會(huì)使導(dǎo)線周?chē)纬擅}沖重復(fù)率很高的"穩(wěn)態(tài)"無(wú)線電干擾場(chǎng)。

傅里葉分析和大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)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(yùn)行后常年觀測(cè)所統(tǒng)計(jì)的無(wú)線電干擾頻譜特性,從圖中可以看出,l0MHz以后,干擾幅值相對(duì)于0.5MHz已下降了30~40dB,不會(huì)形成有效干擾。

圖2特高壓輸電線路無(wú)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(wú)線電噪聲

30MHz以上頻段無(wú)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(shí)在這個(gè)頻段內(nèi)波長(zhǎng)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(diǎn)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(shí)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(chǎng)強(qiáng)已經(jīng)被控制得很低(l0kV/cm2以下),已運(yùn)行線路很難觀察到火花放電現(xiàn)象。

3線路無(wú)線電噪聲的類(lèi)比測(cè)量

3.1測(cè)量系統(tǒng)

本次測(cè)試采用德國(guó)R&S公司的sSH4接收機(jī)/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(duì)數(shù)周期天線。其中,雙錐天線采用水平極化方式,測(cè)量時(shí)采用平均值檢波:對(duì)數(shù)周期天線采用垂直極化方式,測(cè)量時(shí)采用峰值檢波。測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度均大于全向信標(biāo)臺(tái)和測(cè)距儀臺(tái)最大干擾允許場(chǎng)強(qiáng),滿(mǎn)足文獻(xiàn)[4]中的測(cè)量系統(tǒng)要求。

3.2類(lèi)比對(duì)象及測(cè)點(diǎn)

我國(guó)在運(yùn)特高壓直流工程已有十余個(gè),需從中選擇某已建特高壓直流工程進(jìn)行類(lèi)比監(jiān)測(cè)。高壓架空輸電線路的無(wú)線電噪聲與線路的運(yùn)行電壓、對(duì)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(chǎng)強(qiáng)度越小,產(chǎn)生的無(wú)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(lèi)比監(jiān)測(cè)對(duì)象。

以邊導(dǎo)線地面投影為0點(diǎn)設(shè)置測(cè)點(diǎn),如圖3所示,1#~7#測(cè)點(diǎn)分布在距0點(diǎn)2m~2km的位置,天線中心離地高度2m,測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)照片如圖4所示。

3.3測(cè)量結(jié)果

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

6#測(cè)點(diǎn)113.9MHz、1173MHz和1110MHz頻率測(cè)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(cè)量結(jié)果表明,線路對(duì)導(dǎo)航臺(tái)的干擾值均在限值要求以?xún)?nèi)。

4結(jié)論

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

(2)30MHz以上無(wú)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(diǎn)"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(jì)時(shí)金具表面場(chǎng)強(qiáng)保留了充足裕量,已運(yùn)行特高壓線路金具和絕緣沒(méi)有發(fā)現(xiàn)火花放電現(xiàn)象。因此,輸電線路30MHz以上無(wú)線電噪聲影響面小,衰減快。

(3)類(lèi)比測(cè)量6#測(cè)點(diǎn)的電磁環(huán)境測(cè)量結(jié)果表明,被測(cè)量直流輸電線路工程滿(mǎn)足文獻(xiàn)中規(guī)定的多普勒全向信標(biāo)臺(tái)和測(cè)距儀臺(tái)的干擾防護(hù)率要求。由此類(lèi)推,本工程線路無(wú)線電噪聲也滿(mǎn)足全向信標(biāo)臺(tái)和測(cè)距儀臺(tái)有源干擾防護(hù)率要求,不會(huì)對(duì)涉及的航路導(dǎo)航臺(tái)造成有源干擾。