500kV高压交流单回输电线路无线干扰影响因子研究

500kV高压交流单回输电线路无线干扰影响因子研究

张晶 徐文洋

中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明  650000

摘要：电磁环境问题是建设高压输电线的关键技术问题，导线的选取和排列方式及导线对地高度和塔形等因素直接影响无线电干扰场强，针对无线电干扰影响因子的研究已成为无线电干扰防护的关键问题。结合我国典型500kV线路参数，通过镜像法，得到了线路平均高度的等效电荷。基于马克特-门格尔法，计算出500kV交流单回输电线路的导线表面最大电位梯度。根据无线电干扰场强的经验计算公式，得出了无线电干扰场强，并提出了计算值的误差来源，指出导线对地高度及其布置形式、子导线半径等因素对计算结果有决定性影响。

关键词：高压交流输电线路；无线电干扰；镜像法；经验公式法；影响因子

1引言

高压交流架空输电线的电晕电流会对民用无线电频段产生干扰。随着高压输电线路与无线电通信设备日益增多，输电线路的无线电干扰问题越来越受关注。在架设高压架空线时，预估线路对附近无线电接收的干扰程度十分重要^[1-3]。

输电线路产生无线电干扰的主要来源有：绝缘子表面放电及金具电晕、导线电晕、输电线上的局部放电。前两者的影响涉及全线范围，最后一个因素主要影响局部^[4-7]。当导线表面场强较大(>14kV/cm)时，导线电晕引起的无线电干扰是主要的^[8-9]。500kV及以上等级的交流输电线路，导线表面场强一般都大于 14kV/cm，所以本文只对导线电晕电流引起的无线电干扰做简要探讨。

2输电线路无线电干扰计算方法

2.1 CISPR推荐的无线电干扰计算方法

国际无线电干扰特别委员会(CISPR，International Special Committee on Radio Interference,)推荐的无线电干扰计算方法有两种：经验法与激发函数法。经验法一般用于分裂数不大于4的线路，分裂数大于4的线路推荐用激发函数法计算^[10]。

2.2分裂导线表面最大电位梯度的计算

导线表面场强的计算方法较多，包括马克特-门格尔法、逐步镜像法、模拟电荷法、有限元法等。其中，马克特-门格尔法的计算精度能满足工程要求，且较为简单，因此在工程上得到了广泛使用。本文采用该方法计算交流输电线路导线的最大表面电场强度。马克特-门格尔法的基本原理是用等效的单根导线代替分裂导线，先用麦克斯韦电位系数法决定总电荷，然后再把该分裂导线作为孤立导体对待，认为每根子导线电荷相同，求出平均电位梯度和最大电位梯度。

1）为了求取各个相导线的电荷，按照保持对地电容相等的原则，将分裂导线用一虚拟的等效单根圆柱形导线代替，其半径由下式给定：

（1）

式中，R为分裂导线的半径，m；n为子导线的根数；r为子导线半径，m。

2）采用镜像法计算导线表面电位梯度。线路导线电位系数矩阵P如下：

（2）

（3）

（4）

则对单回线路

（5）

式中，U为线路额定相电压(地线对地电压为零)；V为线路额定相电压有效值。

图1 导线计算参数

用麦克斯韦电位系数法决定每根等效导线的电荷，此即导线上的总电荷：

（6）

式中，Q和U分别是导线上的电荷和电压的列矩阵；P是由导线的自电位系数和互电位系数组成的矩阵，它可以直接用镜像法求得。

3）把分裂导线作为孤立导体对待，即忽略了其它相线的影响，并认为总电荷均匀分配在每根子导线上，每根为Q/n(Q为每根等效导线的电荷)。按此，分裂导线中子导线的平均表面电位梯度由下式计算：

（7）

4）由于屏蔽效应，实际表面电位梯度在分裂导线外部要更大些，而在内部则小些。分别计算分裂导线的平均最大及最小表面电位梯度：

（8）

（9）

沿导线圆周上任一点t的电位梯度则由下式计算：

（10）

式中， 为 与 之间的夹角。

2.3经验公式法的计算

各国对无线电干扰的研究主要是通过电晕笼实验数据总结出的经验公式。我国常用经验公式法来计算输电线路的无线电干扰，其使用的经验公式出自CISPR。

1）单相交流输电线路的无线电干扰计算

由下式可计算0.5MHz时高压交流架空送电线的无线电干扰场强。

（11）

（12）

式中，E_i为距第i相导线直接距离D_i处的无线电干扰场强，dB(μV/m)； 为第i相导线表面最大电位梯度，kV/cm；r_i为第i相导线子导线半径，cm；D_i为第i相导线到参考点P(离地面2m高)处的直接距离，m；h_i为第

i相导线的对地高度(通常为弧垂最低点的高度)，m；x_i为P点到第i相导线的投影距离，m。

图2 导线到测点的距离示意图

2）单回交流输电线路的无线电干扰场强计算

根据式（1）计算出高压交流架空送电线三相导线的每相在某一点产生的无线电干扰场强，如果有一相的无线电干扰场强至少大于其余的每相的3 dB(μV/m)，则高压交流架空送电线无线电干扰场强值即为该场强值，否则按照下式计算。

（13）

式中，E为高压交流架空送电线无线电干扰场强，dB(μV/m)；E₁、E₂为三相导线中的最大两个无线电干扰场强，dB(μV/m)。

3）双回输电线路的无线电干扰场强计算

对于同杆双回线路，六根导线中每根导线产生的无线电干扰场强可按式（1）进行计算，并将同名相导线产生的场强几何相加。

（14）

式中， 为第一回第i相导线在参考点处的干扰场强，dB(μV/m)； 为第二回第i相导线在参考点处的干扰场强，dB(μV/m)； 为两回第i相导线在参考点处的干扰合成场强，dB(μV/m)。

4）多回输电线路的无线电干扰场强计算

先按照(11)式计算各相线路无线电干扰场强，然后N回线路的无线电干扰同相按式(15)叠加：

（15）

式中， 为多回第i相导线在测试点产生的干扰合成场强，dB(μV/m)； 为第n回的第i相导线在测试点产生的干扰场强，dB(μV/m)。

然后，按照CISPR叠加方法，获得多回交流线路的无线电干扰。

利用经验公式计算的无线电干扰场强为晴天下50%无线电干扰场强值，由该值增加约6~8 dB(μV/m)可得到80%时间、具有80%置信度的无线电干扰场强值(80%//80%值)。

3具体算例

基于经验公式法，利用自行编制的软件程序，分析导线的对地距离、布置形式、子导线半径等因素对高压交流线路无线电干扰场强的影响。

3.1导线离地高度的影响

对于4×LGJQ-400的500kV水平排列的线路，子导线半径r为2.682cm，导线弧垂最低点对地面高度为13~23m，相间距离22.2m，计算模型如图3所示。

图3 无线电干扰计算模型

根据1.1计算出单相分裂导线的最大表面电位梯度，g_maxa=g_maxa=14.054kV/m，g_maxc=14.721 kV/m。根据式(11)可计算距边相导线(A相)投影距离20m处单相导线的无线电干扰场强，如图4所示。

根据1.2可知，当导线最低点高度为13~23m， 与 且 与 的差值均大于3dB，该线路好天气时无线电干扰场强平均值为 。

图4单相交流输电线路的无线电干扰场强

3.2布置形式的影响

我国500kV同塔单回高压交流输电线路塔形的初设结构如图5所示，子导线的型号与算例3.1相同。

(a) 单回水平排列 (b)单回三角排列

图5 我国500kV同塔单回高压交流输电线路塔形

按照算例3.1的计算步骤，得到2种塔形下单相交流输电线路的无线电干扰场强，如图4所示。由图4可知，导线离地高度相同的情况下，单回三角排列的无线电干扰场强较单回水平排列大，但该线路好天气时无线电干扰场强平均值依然由 决定。

3.3误差的来源

1）模型误差

经验公式法计算无线电干扰主要引入了一下假设：无限长导线；导线与地面平行，大地是一个平面；不考虑导线两端或中间带的负荷；不考虑杆塔等电场产生的畸变等。

2）算法误差

经验法的公式是基于实测数据拟合得到的，这些实验数据的获得年代较早，观测线路基本不超过4分裂，且相间距离较大。当相间距离减小，分裂数增加，子导线之间距离减小时，相导线与相导线之间的耦合将比较显著，同一相中的子导线上的电荷分布将更加不均匀，相导线中最大表面场强将不能很好地反映该相所有子导线的表面场强情况。

4结语

1）频率0.5MHz，距离边相导线20m处，500kV单回三角排列输电线的无线电干扰场强比单回水平排列至少高出2.3 dB，且干扰场强均由中相导线决定；

2）分析了计算值与实测值误差的可能来源，证明线路对地高度、导线布置形式和子导线半径等因素对计算结果有重要影响。

参考文献

[1] CISPR Publication 1821, Radio interference characteristics of overhead power lines and high2voltage equipment, part 1: description of phenomena[S], 1982.

[2] CISPR Publication 1823, Radio interference characteristics of overhead power lines and high2voltage equipment, part 1: description of phenomena[S], 1982.

[3] CISRP Publication 1822, Radio interference characteristics of overhead power lines and high2voltage equipment, part 2: methods of measurement and procedure for determining limits[S], 1986.

[4] GB1570721995,交流架空送电线路无线电干扰限值[S].北京.中国标准出版社,1995.

[5] HJ/T2421998, 500 kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范[S], 1998.

[6] 邬　雄,万保权.高压架空送电线无线电干扰限值研究[R].武汉:武汉高压研究所,1992.

[7] 万保权,邬　雄,张广洲,等. 500 kV输电线路和变电站电磁环境参数测量研究[R].武汉:武汉高压研究所,2005.

[8] 王凤鸣.苏联1150 kV输电的现状[J].高电压技术,1991,17(4):37.

[9] DL69122000,架空送电线路无线电干扰计算方法[S].北京.中国电力出版社,2000.

[10] 邬　雄,万保权,张广洲,等. 750 kV输变电工程电磁环境问题的研究[R].武汉:武汉高压研究所,2002.