特高压直流输电线路对飞机导航台的影响分析

引言

某士800kk特高压输电工程是我国实施.西电东送"战略的重点工程,也是促进国家能源结构调整和节能减排的重大清洁能源项目。受周边障碍物限制,该线路工程与一飞机导航台距离较近。导航台型式如图V所示,该导航台为华东地区重要的航路导航台,为南来北往的飞机提供准确的方位和距离。导航台主要设有多普勒全向信标台和测距仪站,为保证导航精度,导航台对周边建筑物高度及电磁环境都有严格要求。而该特高压输电工程铁塔普遍较高,且电流通量大,因此需进行专题分析研究。

图1导航台型式

1可能存在的影响

文献[V]给出了全向信标台和测距仪台对周边电磁环境的具体要求:

(1)以全向信标/测距仪台天线基础中心为基准点,以全向信标天线反射网平面为基准面,半径1002以内不应有超出基准面高度的m3kk及以上的高压输电线,半径3002以内不应有超出基准面高度的110kk及以上的高压输电线。

(2)导航台全向信标设备信号在覆盖区内的最低信号场强为50μk/2,对调频广播干扰的防护率为V7dB,对工业、科学和医疗设备干扰的防护率为V4dB,对其他各种有源干扰的防护率为10dB,计算得到允许的高压线路最大干扰场强为V5dB(μk/2)。

(3)导航台测距仪设备信号在覆盖区内的最低信号场强为685μk/2,对各种有源干扰的防护率为8dB,折算得到允许的高压线路最大干扰场强为45dB(μk/2)。

根据现场实测,该线路工程与导航台之间的距离为557m。高压架空输电线路运行时,导线表面存在一定的电晕放电现象,杆塔上的绝缘子和金具等部分也可能存在间歇性火花放电现象,从而产生无线电噪声。文献对高压架空输电线路的无线电噪声特性进行了描述,电晕放电主要能量集中在10MHz以内。经统计,30MHz时的无线电噪声比0.3MHz时衰减10~40dB。文献给出了我国士800kk直流输电线路的控制值:正极性导线地面投影外侧102,频率为0.3MHz的无线电干扰限值为58dB(μk/2)。

30MHz以上无线电噪声主要来自于绝缘子和金具的火花放电,电晕放电产生的高频电流沿导线传导,沿线发射无线电噪声,火花放电则主要以绝缘子和金具为中心向空间发射。全向信标台工作在108~117.975MHz,测距仪台工作在960~1215MHz,虽然频段与高压线路的主要噪声频率不一致,但从严考虑,高压输电线路可能对新导航台存在有源干扰风险,为此,下文对特高压直流输电线路在导航台工作频率范围的无线电噪声进行类比测量与评估。

2架空输电线路的无线电噪声

2.1导线电晕所产生的无线电噪声

高压输电线路带电运行时,导线表面的电位梯度较高,会引起表面空气电离击穿放电,称为"电晕",会使导线周围形成脉冲重复率很高的"稳态"无线电干扰场。

傅里叶分析和大量实测数据验证表明,架空电力线的电晕干扰频谱幅度较高,但这种干扰主要能量集中在l0MHz以下,30MHz以上干扰随频率增高幅值下降很快。图2为特高压输电线路运行后常年观测所统计的无线电干扰频谱特性,从图中可以看出,l0MHz以后,干扰幅值相对于0.5MHz已下降了30~40dB,不会形成有效干扰。

图2特高压输电线路无线电干扰频谱特性

2.2绝缘子和金具火花放电所产生的无线电噪声

30MHz以上频段无线电干扰大部分由火花放电产生,由于高频集肤效应的影响,脉冲干扰电流在导线内的传播衰减增大,同时在这个频段内波长已接近或小于导线间隙和设备、金具的尺寸,因此30MHz以上频段干扰被认为是空间不连续分布的点源辐射的结果。

在线路上导线的电晕脉冲频谱分量本身已很小,同时又不能有效地辐射到空间,因此在30MHz以上频段输电线路的干扰较小,主要反映在铁塔、绝缘子串、金具等部位火花放电上。随着电力设备制造和施工工艺水平的提高,金具表面场强已经被控制得很低(l0kV/cm2以下),已运行线路很难观察到火花放电现象。

3线路无线电噪声的类比测量

3.1测量系统

本次测试采用德国R&S公司的sSH4接收机/频谱仪,该频谱仪灵敏度高,分辨率带宽1Hz。接收天线采用频率30F300MHz的双锥天线和200~2000MHz的对数周期天线。其中,双锥天线采用水平极化方式,测量时采用平均值检波:对数周期天线采用垂直极化方式,测量时采用峰值检波。测量系统的灵敏度均大于全向信标台和测距仪台最大干扰允许场强,满足文献[4]中的测量系统要求。

3.2类比对象及测点

我国在运特高压直流工程已有十余个,需从中选择某已建特高压直流工程进行类比监测。高压架空输电线路的无线电噪声与线路的运行电压、对地高度和导线型式相关。本工程所用导线截面为l000mm2,分裂间距500mm,导线截面越大,分裂间距越大,导线表面的电场强度越小,产生的无线电噪声越小,按照从严考虑,选择导线截面900mm2,分裂间距450mm的某已建工程作为类比监测对象。

以边导线地面投影为0点设置测点,如图3所示,1#~7#测点分布在距0点2m~2km的位置,天线中心离地高度2m,测量现场照片如图4所示。

3.3测量结果

6#测点与已建线路的距离和导航台与本工程线路距离相近,依据文献[4]中的测量方法,该测点测量结果如图5所示。

6#测点113.9MHz、1173MHz和1110MHz频率测量结果和换算结果的典型值如表1所示。

根据前述文献的要求,线路干扰测量结果表明,线路对导航台的干扰值均在限值要求以内。

4结论

(1)高压输电线路的无线电噪声基本在30MHz以下,主要能量集中在10MHz以内,沿线路传播,影响面较广。

(2)30MHz以上无线电噪声主要是绝缘子和金具等火花放电所致,不能在导线中有效传播,集中在杆塔附近区域,是"点"干扰源。随着电力设备加工和施工工艺水平的提高,加上特高压工程设计时金具表面场强保留了充足裕量,已运行特高压线路金具和绝缘没有发现火花放电现象。因此,输电线路30MHz以上无线电噪声影响面小,衰减快。

(3)类比测量6#测点的电磁环境测量结果表明,被测量直流输电线路工程满足文献中规定的多普勒全向信标台和测距仪台的干扰防护率要求。由此类推,本工程线路无线电噪声也满足全向信标台和测距仪台有源干扰防护率要求,不会对涉及的航路导航台造成有源干扰。