一种减小高压输电线路在低频段无源干扰的方法

摘要

本发明涉及高压输变电工程电磁兼容领域，具体涉及一种减小高压输电线路在低频段无源干扰的方法。该方法从分析高压架空线路谐振频率出发，通过改变输电线路接地方式，减小高压架空输电线路在无线台站工作频段的感应电流，从源头上减小输电线路产生的无源干扰，该方法包括下述步骤：（1）确定输电线路杆塔与架空地线构成的环形天线的谐振频率；（2）根据实际输电线路的布局确定不同档距的谐振频率；（3）根据需要规避的无线电干扰频率，通过改变接地点的方式，为高压输电线路解谐。通过试验所获得的试验数据对比证明，本发明具有较高准确性，可应用于减小今后高压输电线路对邻近中短波无线电台站的无源干扰。

说明书

技术领域

本发明涉及高压输变电工程电磁兼容领域，具体涉及一种减小高压输电线路在低频段无 源干扰的方法。

背景技术

高压架空输电线路对无线电台站形成的无源干扰，主要来自高压架空导线和铁塔受无线 电信号的电磁场激励产生的感应电流，此感应电流通过金属构架向空间辐射电磁波，辐射电 磁波与源信号产生同频干扰，将会改变原无线电信号的幅值和相位。

目前关于减小输电线路无源干扰的方法，国内外并没有相关的研究。目前关于高压输电 线路无源干扰的解决方法都是采取防护间距的方式，通过拉开高压输电线路与需要保护的无 线台站之间的间距，利用电磁波的自然衰减，来规避高压输电线路无源干扰对无线台站的影 响。这种防护间距具有较大的安全裕度，在土地资源稀缺的地区通常很难满足防护间距的要 求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种减小高压输电线路在低频段无源干扰的 方法，该方法从分析高压架空线路谐振频率出发，通过改变输电线路接地方式，从而减小高 压架空输电线路在无线电工作频段的感应电流，从源头上减小输电线路产生的无源干扰。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种减小高压输电线路在低频段无源干扰的方法，其改进之处在于，所述方 法从分析高压架空线路谐振频率出发，通过改变输电线路接地方式，减小高压架空输电线路 在无线台站工作频段的感应电流，从源头上减小输电线路产生的无源干扰，所述方法包括下 述步骤：

（1）确定输电线路杆塔与架空地线构成的环形天线的谐振频率；

（2）根据实际输电线路的布局确定不同档距的谐振频率；

（3）根据需要规避的无线电干扰频率，通过改变接地点的方式，为高压输电线路解谐。

进一步地，所述步骤（1）中，由两个杆塔、架空线以及大地构成的回路作为环形天线， 如果构成闭合环形天线的某一条边长度为无线台站工作频率波长的整数倍N时，整个环形天 线发生谐振，且在该条边上出现幅值较大的驻波电流；环形天线的谐振频率表达式如下：

$f_N=N\frac{1.08c}{2(h_1+h_2+s_1)}---<1>;$

其中：h₁、h₂分别是构成环形天线两个垂直杆塔的高度，单位为m；

s₁为两个垂直杆塔接地体的地面投影距离，单位为m；

c为真空中光速；

N为正整数，N＝1，2，3，…；

分母中的2倍的关系是考虑导体对地的镜像。

进一步地，当单个档距为1λ、2λ、3λ时，环形天线由架空线构成的谐振边上电流分布， 激励源为水平极化方式，打开闭环的一个杆塔，即把该杆塔的架空地线与杆塔绝缘，使得两 个档距构成一个环形天线时，环形天线的谐振频率计算表达式如下：

$f_N=N\frac{1.08c}{2(h_1+h_2+s_1+s_2)}---<2>;$

其中：λ表示中波发射台的波长；s₂为第二个相邻杆塔的档距，单位为m。

进一步地，两个档距为3λ、4λ、5λ时架空线上谐振电流，该谐振电流为驻波电流，驻 波电流最小处有驻波电压最大值，当驻波电压最大值出现在两个档距中央时，由于环形天线 中央的绝缘杆塔底部电位为零，电位差将在绝缘杆塔本身产生大的感应电流，使得该绝缘杆 塔成为一个发射源；打开闭环的两个杆塔，即把邻近两个杆塔的架空地线与杆塔绝缘，使得 三个档距构成一个环形天线时，环形天线的谐振频率计算表达式如下：

$f_N=N\frac{1.08c}{2(h_1+h_2+s_1+s_2+s_3)}---<3>;$

其中：s₃表示第三个相邻杆塔的档距，单位为m。

进一步地，所述步骤（2）中，根据输电线路杆塔号、杆塔相对于无线台站中中波发射台 的坐标和杆塔高度，确定任意两个杆塔之间的档距及每两个杆塔构成的闭合环形天线的谐振 频率及断开点位置，并以列表方式显示出来；采用±60kHz作为谐振带宽。

进一步地，所述方法中的谐振频率均在中短波段，该方法适应于低频段的无源干扰。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供的减小高压输电线路在低频段无源干扰的方法，推导出输电线路杆塔与架空 地线构成的“大环天线”的谐振频率简化公式，进而根据实际线路的布局求得不同档距的谐 振频率，然后根据需要规避的无线电干扰频率，通过改变接地点的方式，从而给高压输电线 路“解谐”。受高压线路本身尺寸的影响,无论如何改变接地方式,线路谐振频率都在中短波段, 因此该方法主要应用在低频段。通过试验所获得的试验数据对比证明，具有较高准确性，本 发明从分析高压架空线路谐振频率出发，通过改变输电线路接地方式，可应用于今后减小高 压架空输电线路在无线电工作频段的感应电流，从源头上减小输电线路产生的无源干扰。

附图说明

图1是本发明提供的“环形天线”结构示意图；

图2是本发明提供的单个档距为1λ时架空线上谐振电流示意图；

图3是本发明提供的单个档距为2λ时架空线上谐振电流示意图；

图4是本发明提供的单个档距为3λ时架空线上谐振电流示意图；

图5是本发明提供的两个档距为3λ时架空线上谐振电流示意图；

图6是本发明提供的两个档距为4λ时架空线上谐振电流示意图；

图7是本发明提供的两个档距为5λ时架空线上谐振电流示意图；

图8是本发明提供的三个档距为4λ时架空线上谐振电流示意图；

图9是本发明提供的三个档距为5λ时架空线上谐振电流示意图；

图10是本发明提供的三个档距为6λ时架空线上谐振电流示意图；

图11是本发明提供的中波发射台与邻近两条线路的布局示意图；

图12是本发明提供的不同档距谐振表示意图；

图13是本发明提供的没有分段绝缘时高压线路感应电流分布示意图；

图14是本发明提供的“解谐”后高压线路感应电流分布示意图；

图15是本发明提供的减小高压输电线路在低频段无源干扰的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供一种减小高压输电线路在低频段无源干扰的方法，其流程图如图15所示，包 括下述步骤：

第一步骤：推导出输电线路杆塔与架空地线构成的“大环天线”的谐振频率简化公式；

对于如图1所示的由两个杆塔和架空线以及大地构成的“环形天线”，如果构成闭合“环 形天线”的某一条边长度为台站工作频率波长的整数倍（N）时，此时整个“环形天线”会 发生谐振，并且会在这条边上出现幅值较大的驻波电流。“环形天线”的谐振频率工程上使用 的近似计算公式如下：

$f_N=N\frac{1.08c}{2(h_1+h_2+s_1)}---<1>;$

其中：h₁、h₂分别是构成环形天线两个垂直杆塔的高度，单位为m；

s₁为两个垂直杆塔接地体的地面投影距离，如图2所示，单位为m；

c为真空中光速；

N为正整数，N＝1，2，3，…；

分母中的2倍的关系是考虑导体对地的镜像。

具体到针对输电线路构成的“环形天线”的应用中，h₁、h₂就是构成环形天线两个垂直杆 塔的高度，在中波段由于杆塔上的过孔等尺寸远小于波长，做这种近似是工程上允许的；“环 形天线”的谐振频率由杆塔高度、杆塔间距决定。

图2给-图4分别给出了单个档距为1λ、2λ、3时“环形天线”由架空线构成的谐振边 上电流分布（激励源为水平极化方式），如图2-4所示。

打开闭环的一个杆塔，即把该杆塔的架空地线与杆塔绝缘，使得两个档距构成一个“环 形天线”时，“环形天线”的谐振频率计算公式如下：

$f_N=N\frac{1.08c}{2(h_1+h_2+s_1+s_2)}---<2>;$

其中：λ表示中波发射台的波长；s₂为第二个相邻杆塔的档距，如图5所示，单位为m。

图5-图7分别给出了两个档距为3λ、4λ、5λ时架空线上谐振电流，该谐振电流为驻波 电流。驻波电流最小处有驻波电压最大值，因此当驻波电压最大值出现在两个档距中央时，

由于“环形天线”中央的绝缘杆塔底部电位为零，因此这一电位差将在绝缘杆塔本身产生较大 的感应电流，从而使得该绝缘杆塔成为一个发射源。如图5和图7中两个档距为3λ和5λ时， 绝缘杆塔上的感应电流很大，必须采取措施予以抑制。两个档距为4λ时在中央绝缘杆塔点 有电压最小值，绝缘杆塔上感应电流较小。

打开闭环的两个杆塔，即把邻近两个杆塔的架空地线与杆塔绝缘，使得三个档距构成一 个“环形天线”时，“环形天线”的谐振频率计算公式如下：

$f_N=N\frac{1.08c}{2(h_1+h_2+s_1+s_2+s_3)}---<3>;$

其中：s₃表示第三个相邻杆塔的档距，如图8所示，单位为m。

图8-图10分别给出了三个档距为4λ、5λ、6λ时架空线上谐振电流分布。按照对两个 档距的分析，可以看出对于3个档距构成的4λ和5λ谐振情况下，在绝缘杆塔附近有电流最 小值，因此电压有最大值，从而绝缘杆塔上产生较大的电流；而6λ的谐振情况在绝缘杆塔 附近有电压最小值。

论证档距和驻波电流的关系，就是为了证明对于打开闭环点的选择必须慎重，必须考虑 到打开环路后，由多个档距构成的“环形天线”如果还是发生谐振，那么绝缘杆塔所在点的 驻波电流必须有最大值，这样才能达到减小谐振电流的目的；如果在绝缘杆塔附近存在驻波 电流最小值点，那么会导致绝缘杆塔上感应电流过大，使得绝缘杆塔本身成为一个强辐射源， 不但不能起到破开闭环谐振的作用，还会引入一个新的辐射源，增强了线路的二次辐射。

第二步骤：根据实际线路的布局求得不同档距的谐振频率，列表显示出来；根据输电线 路杆塔号、杆塔相对于无线台站中中波发射台的坐标和杆塔高度，确定任意两个杆塔之间的 档距及每两个杆塔构成的闭合环形天线的谐振频率及断开点位置，并以列表方式显示出来； 采用±60kHz作为谐振带宽。

第三步骤：根据需要规避的无线电干扰频率，通过改变接地点的方式，从而给高压输电 线路“解谐”。

实施例

图11给出了中波发射台与邻近两条线路的布局。表1给出了邻近输电线路杆塔号、杆塔 相对于中波发射台的坐标、杆塔高度，根据这两个量，就可以计算任意两个杆塔之间的档距 及每两个塔构成的闭合“环形天线”的谐振频率。发射台的工作频率是680kHz（一个波长 441m），一般的线路长度在400m～500m之间，所以很可能在此工作频率发生谐振。

杆塔高度与档距的和确定了哪些档距可能在发射台站的工作频率发生谐振，由于谐振区 没有突变，谐振带宽无法精确求解，单凭经验的法则，一般采用±60kHz做为谐振带宽，表中 给出了可能发生谐振的档距，用*号给出了标记。

表1杆塔坐标、杆塔高度、相应谐振频率点及断开点列表

为了综合考虑打开闭环的选择点，列出图12所示的不同档距谐振表：单个档距谐振频率 栏表示的是单个档距构成的“环形天线”的谐振频率，例如167～168杆塔构成的“环形天线” 谐振频率从图12中可以读出是666kHz；两个档距谐振频率表示从中心杆塔处断开时由邻近 两个档距构成的“环形天线”谐振频率，例如把167杆塔与地线绝缘，那么以167杆塔为中 心，由166和168杆塔构成的两个档距谐振频率从图中可以读出为676kHz；三个档距谐振频 率表示从中心杆塔处断开两个杆塔时由邻近三个档距构成的“环形天线”谐振频率，例如把 167、168杆塔都与地线绝缘，那么以166～169杆塔构成的三个档距谐振频率从图中可以读 出为615kHz。

考虑到发射台的工作频率是680kHz，因此有若干谐振环必须打开。以167～168构成的 谐振环（谐振频率666kHz）为例，有以下几种选择方式：

1）单独打开167杆塔，此时166～168杆塔构成的两个档距谐振频率为676kHz，并不能 起到消除谐振的作用，所以此选择不予采用；

2）单独打开168杆塔，此时167～169杆塔构成的两个档距谐振频率为789kHz，与发射 台的工作频率相隔109kHz，所以此选择可以认为是安全有效的；

3）把167、168杆塔统统与地线绝缘，此时由166～169杆塔构成的三个档距谐振频率为 615kHz，与发射台的工作频率相隔65kHz，所以此选择也可以认为是安全有效的。

对于其他的单个档距构成的谐振环，采取同样的考虑方法，进行打开“解谐”。如表1所 示。图13和图14分别给出了没有采取措施是架空线电流分布以及采取表1中打开谐振点后 的架空线电流分布情况。

由图13可以看出，没有分段绝缘时，167～168杆塔之间感应电流最大，可以认为这一 段线路产生的二次辐射最强；图8中给出了采用表1中某些杆塔地线绝缘后的电流分布，由 图14可以看出，打破谐振环后，可以把谐振电流大幅度的消减，此时整条输电线路的二次辐 射可以控制在要求的水平以内。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。