输电线路对无线电干扰及其防护措施.doc
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1、40-Y99-D010输电线路对无线电干扰及其防护措施中 南 电 力 设 计 院1999.12总工程师:张光翔主任工程师:曾连生科 长:万志方校 核:谢 星报告编写:熊万洲项目完毕人:熊万洲 谢 星 曾连生目 录1 概 述2 无线电波的传播及接受3 送电线路的无线电干扰4 干扰电平的计算5 无线电干扰允许值6 防护间距的计算7 防护措施8 计算实例9 防护间距标准汇总10 相关术语及基础11英文缩写全称1 概 述高压送电线路,随着电压的不断提高,使导线表面发生电晕及其它放电的机会越来越多。在电晕及其它放电的同时,产生的效应之一是无线电干扰(简称RI,或称为无线电噪音RN)。无线电干扰的实质,是
2、在电晕过程中出现一些有害的、频带相称宽的电磁波,干扰无线电通信,危害环境。泛指的RI电磁波,大体来自:天电干扰、宇宙干扰、工业干扰、人为干扰,高压线路的RI虽然比天电干扰、宇宙干扰、电弧干扰小得多,但也是所有RI的组成之一。送电线路对无线电的干扰影响,在三十年代国际上已开始研究,为了妥善解决RI与弱电、通信之间兼容的关系,国际电工学会IEC专设了无线电干扰特别委员会CISPR,在CISPR中研究各种工业所产生的RI,制订有关导则、手册等。在CISPR中下设C分会,简写为CISPR/C,专门负责管理高压架空线路(交流与直流)及电力拖动设备等的RI问题。每年在其成员国召开一次会议,我国参与了这个C
3、ISPR组织。我国电力部门从五十年代起接触这方面的工作,六十年代,送电线路的无线电干扰研究工作已有了一些进展,电子工业部门设计生产了干扰场强测量仪,为进一步开展无线干扰提供了条件;七十年代,电力部门制定了电力方面第一个无线电干扰的控制指标及其测量方法;八十年代,开始逐步制定各种无线电干扰的允许标准;九十年代,从事了一些无线电干扰的实验和陆续制定一些干扰的允许标准。送电线路对无线电干扰的影响,涉及到物理学中的重大理论问题,如波、场论等,同时也涉及到机电、电力、通信、导航、雷达、广播电视等各方面知识,目前尚有许多问题仍未解决,或处在感性结识的阶段。根据本院一九九九年基础工作计划,项目编号:信990
4、97(规控),编写这本资料,重要叙述当前在无线电干扰影响方面所积累的经验和计算公式,归纳高压送电线路对各类无线电台站干扰防护的相关国家标准,供设计、施工和运营等部门的技术人员参考,解决工程中的实际问题。2 无线电波的传播及接受2.1 无线电波划分范围综合归纳相关技术资料,无线电波各频段划分范围如下表:波段及频段名称频 率 范 围波 长 范 围长 波LW特低频VLF10-30KHZ30000-10000M低 频LF30-300 KHZ10000-1000 M中 波MW中 频MF300-3000 KHZ1000-100 M短 波SW高 频HF3-30MHZ100-10 M超短波USW特高频VHF3
5、0-300 MHZ10-1 M超高频UHF300-3000 MHZ100-10cm微 波MW极高频SHF3000-30000 MHZ10-1 cm甚高频EHF30000 MHZ以上1.0 cm以下2.2. 无线电波的传播2.2.1 中波传播的特点在白天以地波传播,在夜间则以地波及天波传播,这是由于白天电波穿过电离层D层和E层时,有很大的衰减,能量几乎所有被吸取,反射不到地面上来,所以只能靠地波传播;在夜间由于D层消失,E层的密度变小,吸取电磁波的能力减小,所以天波可以反射回地面来,能同时用地波和天波传播,它的传播特性通常可按距离的远近分为三个区域:第一区域离发射台较近,地波场强远大于天波场强,
6、接受的电波以地波为主且很稳定,称为重要服务区。第二区域在稍远的地区,接受的电波由同时存在的天波和地波组成。由于电离层的电子密度和高度时刻在变化,天波传播的行程也随时在变化。在接受点,若天波和地波同相位则合成的场强增长,反相位时则合成的场强衰减,出现衰落现象,所以这个区称为衰落区。第三区域在离发射台很远的地区,这个地区仅能收到从天波传来的信号。该区称为次要服务区。对于重要服务区来说接受的电波以地波为主,因此中波广播到达收信点的场强可按下式计算: 式中:E接受点的场强(Vm)Pr发射天线幅射的功率(W)Z10电波传播的波阻抗等于377()D天线的方向系数,此处为1.5d接受点与发射天线之间的距离(
7、m)当接受信号用分贝表达时: 为了验证理论计算是否符合实际,现将我院在工程中实测值与理论计算值比较如下:电台名称发射频率(kHz)发射功率(kW)距 离(km)计算值(dB)实测值(dB)天气测量仪器的型号电台A77415019085.7385.7晴天RR-2型干扰场强仪电台B119015018086.288.5晴天RR-2型干扰场强仪电台C639100.12137.9123晴天R-484-C型干扰场强仪电台C639101119.5108晴天R-484-C型干扰场强仪从上表可见计算与实测值是十分接近的。2.2.2 短波传播的特点短波波段的频率在3兆赫至30兆赫范围以内,它能以地波和天波的方式传
8、播,用地波传播时,由于频率较高,地面对它的吸取量很大,传播距离一般不超过几十千米。用天波传播时,由于该波段频率较高,在电离层中损失较小,因此可以运用电离层对天波的一次或多次反射进行远距离无线电通信和广播。在多数情况下,短波无线电用于点对点的通信或对扇形地带的广播,这就规定它有强的方向性,所以短波广播天线都采用定向天线。在短波电台周边形成环状的可收听区、静区以及再次可收听区。由于短波重要靠天波传播,随机的因素很多,衰落较大,通信经常不够稳定。对短波的接受重要靠用高增益天线,根据不同的时间应用不同的最佳应用频率,这些频率通常都是由主管部门予先测好,印成图表发给有关电台使用。此外还可以用分集接受来克
9、服衰落现象。2.2.3 超短波(涉及电视波)的传播超短波的传播属于空间波的传播并有如下特点: 类似光波是直进式的视距传播 电波在传播途中碰着障碍物有绕射作用,由于绕射而引起的损失称为绕射损失。 折射作用,由于大气层离地面越高,密度越小,电波进行的速度愈大,使电波在前进的途径上稍向下弯曲,结果实际有效传播距离往往大于视距。 在开阔的地面或水面有反射现象,因而有直射波与反射波的干涉。2.2.4 调频广播调频广播因所占的频带较宽,所以只能在超短波频段上传播,调频广播的载频信号的频率随调制信号而改变,振幅保持不变,在接受端由接受机的限幅器将由干扰所引起的振幅变化削平。因此抗干扰能力较强。此外在超高频段
10、的噪声电平重要决定于机器内部的噪声电平,因此在一般的情况下可不考虑对调频的干扰影响。2.3 无线电接受的复盖场强2.3.1 国际电信联盟ITU推荐的最小可用场强类 别北 温 带热 带南 温 带 中波(0.5251.705MHz)地波服务63dB73dB66dB 乡村地区71dB81dB74dB 城市地区77dB87dB80dB 小功率频道88dB88dB88dB 长波(0.14850.2835MHz)77dB87dB80dB2.3.2 对于VH波段,国际无线电征询委员会(CCIR)推荐的最小信号电平 电视波段47MHz88MHz 48dB(mV/m) 调频波段87MHz108MHz 48dB(
11、mV/m)单声道 54dB(mV/m)立体声 电视波段174MHz230MHz 55dB(mV/m)2.3.3 我国广播节目收听必须场强 地区分类 工作频段(波长)大 城 市小 城 市农 村0.15MHz(2023m)0.3MHz1000m)80dB66dB55dB0.546MHz(550m)1.5MHz(200m)74dB60dB48dB30MHz(10m)50MHz(6m)54dB46dB34dB此外,对VHF以上频段我国还规定了服务标准。2.3.4 我国电视广播边界服务场强标准 地区分类 工作制式大 城 市农 村一般情况调频广播收听60dB46dB55dB调频广播收转40dB黑白电视收看
12、70dB米波段54dB分米波段64dB黑白电视收转46dB彩色电视在黑白电视基础上提高3dB2.4 信噪比与接受质量以信噪比来限制送电线路的无线电干扰,国际上还没正式提出建议。国际电信联盟ITU提出的限制其他干扰的信噪比为30dB,北美地区广播公司NABRA为26dB。事实上送电线路带来的干扰较同频可懂噪声的讨厌限度要低一些,下面列出一些地方组织和国家规定的信噪比,及收听质量的等级。允 许 的 信 噪 比 (dB)国家及地区组织调 幅 广 播电 视CCIR3040NARBA2640英 国3035CISPR出版的(1984年2月)“电力线和高压设备的无线干扰”附录H中列出一些国家和组织规定的信噪
13、比及质量等级标准,其中信号电平用平均值,干扰电平用准峰值,现摘录部分列出。加拿大民间标准接 收 级 别信 噪 比(dB)接 收 质 量A139 对古典音乐完全满意A231 对一般收听满意B26 背景噪音不引人注目C21 背景噪音明显D15 背景噪音很明显E9 难于听清美国电气电子学会IEEE无线电噪音设计导则接 收 级 别信 噪 比(dB)接 收 质 量A531 完全满意B426 很好,背景噪音不引人注目C321 相称满意,背景噪音较明显D215 背景噪音很明显,但谈话易听清E14 只有在注意力集中时谈话才干听清美国帮维尔电力局Gehrig工程的标准接 收 级 别信 噪 比(dB)接 收 质
14、量 背景噪音测不到31 背景噪音可测到26 背景噪音明显21 背景噪音很明显16 难于听清10 难于理解国际大电网会议CIGRE接 收 级 别信 噪 比(dB)接 收 质 量530 干扰声听不见424 干扰觉得出来318 干扰听得见,但谈话清楚212 不能收听音乐,谈话能理解16 只有注意力很集中才干听清谈话00 谈话听不清,噪音完全淹没谈话3 送电线路的无线电干扰产生电磁干扰的因素,是带电粒子的运动或电荷的中和过程。RI的传播,一般有两种途径。一种是对称途径。RI电流从干扰源流经一根导线,通过负荷及导线间的分布电容,再流经另一根导线返回干扰源;在导线之间的RI电压,称为对称干扰电压,即RIV
15、;另一种是不对称干扰途径。RI电流同时沿几根导线传出。经地面,作用在每一根导线与地之间的RI电压,称为不对称干扰电压,在多数情况下,接受天线从导线上耦合到的干扰,都是由于干扰电压不对称分界作用的结果,(不对称分界在干扰导线和大地之间形成的电场,作用在收信天线上)。因此,为了消除RI的作用,必须一方面克制不对称的RI。送电线路的RI,属于不对称分界在导线和大地间形成的干扰电磁场,重要来自:导线电晕放电;因绝缘子表面污秽而产生的泄漏电流;有缺陷绝缘子的间隙击穿火花;连接金具、线夹的电晕及火花放电;间隔棒、导线接续管、补修管、防振措施、甚至均压、屏蔽环的电晕及火花;绝缘避雷线间隙及其小绝缘子的感应电
16、压放电;变电所的各种干扰源通过母线传入线路上。因此,所谓送电线路的无线电干扰(RI),虽然重要取决于导线的电晕放电,但是事实上是上述各种干扰的总合。送电线路RI在空间的传播,基本上可分为三个区域。(1) 近区。P点距线路的垂直距离为DP,当DP(l波长,m)称为近区。在这一区域内,RI重要是静电感应分量。(2) 远区。当DP时,称为远区。远区重要是辐射区,电场E和磁场H值与间距DP成反比;当RI电流不变,E、H与波长l成反比,即波长越短,电磁强度越大;垂直于导线方向的辐射最强,平行于导线方向的辐射值接近于0。(3) 中间区。近区与远区之间,称为中间区。在这个区域内,不管RI的感应分量或电磁分量
17、,均不能忽略。理论证明:当DP处,两分量的绝对值相等。送电线路的RI,是由均匀干扰(周期性干扰)、不均匀干扰(无规律性的干扰)、脉冲干扰所构成。其干扰频谱相称宽(0.1MHz1000GHz),理论上对任何频率的无线电接受设备均产生干扰。然而,事实上,重要是对调幅广播、通信(550kHz12MHz)和电视产生干扰。5MHz以上频率的RI,事实上幅值已经很小了。送电线路对无线电通信的干扰限度,取决于送电线路与收信设备之间的距离,接受天线的方位、接受设备的性能、制式、送电线路的各种参数,以及天气条件等有关。送电线路的RI,在不利条件下会使得收到的信号、声音、图像完全不清楚,在有利条件下又使收到的信号
18、以及声像的收听、收看毫无影响。送电线路的RI,在工程设计中又分交流与直流RI,其机理大同小异。直线RI重要是发生在正极性上。3.1 送电线路RI的特性研究送电线路RI特性的目的,在于弄清各种线路结构、导线型式、对地距离、地形、地物、气候变化等等情况下RI的变化规律,以便预估或弄清各种状态下RI对环境的危害限度,合理的设计送电线路。3.1.1 RI的晴天特性晴天的RI值,是送电线路的标准值,也是其它情况下RI计算的基础。所谓晴天特性,是指晴天与阴天RI总实测数据的记录值。导线表面电位梯度(有效值)的变化,仅影响RI的绝对值(每kV/cm约变化4dB),一般不影响其特性。晴天RI特性,重要取决于空
19、气相对湿度,而相对湿度在各季节的晴天中是不相同的。因而使RI变化;导线表面状态,取决于导线制造工艺、老化限度,同时也随季节变化,如夏季因下雨冲洗而使导线表面的灰尘较少,导线起晕机遇较少;冬天导线表面的积灰较多,因而易于导致电晕放电;风的影响(风吹导线摇摆、风吹绝缘子串、金具摇摆晃动),使产生火花的机会增多;空气密度、海拔高程均对晴天RI有影响。晴天的夜间,RI随露、霜而变化,随系统电压波动而变化。从实验中得知,夜间变化均比日间的变化小。总而言之,RI的晴天特性,是晴天昼夜、阴天昼夜等因素共同组成,其RI值的分散性,通常在3dB以下。送电线路晴天RI的取值,采用晴、阴天所有测值的80%90%反复
20、概率为基准值。3.1.2 RI的雨天特性送电线路RI的雨天特性,受导线表面电位梯度、降雨量及地区范围的雷电活动等影响。我国幅员辽阔,各地气候条件悬殊,因而显示出复杂关系。从各地的RI测量结果看,降雨对RI的影响如下。(1) 雨强度与RI的关系:随下雨强度的增长,RI也增长;小雨时,RI似乎按直线增长,且较分散;降雨量超过5mm/h时,RI呈饱和状曲线增长;雨量超过7mm/h以后,RI虽有增长趋势,但增量极微。小雨时RI分散的因素,重要是由于风的强弱不同;空气中的尘埃量不同;导线表面老化层的限度不同。东北地区雨天RI的增长量实测最大为10.5dB,90%为72.1dB;西南电力设计院测试的西南地
21、区雨天RI的增长量实测为10dB,80%时间,80%可靠度为7dB。(2) 导线表面电位梯度与雨天RI的关系,降雨量在16mm/h范围内,RI与导线表面电位梯度的关系,大体按线性增长,即导线表面电位梯度有效值每增长1kV/cm,RI大体增长3.2dB;降雨量在612mm/h范围内,导线表面电位梯度有效值每增长1kV/cm,RI大体增长3.0dB;降雨量在1224 mm/h范围内,导线表面电位梯度有效值每增长1kV/cm,RI大体增长2.8dB。导线表面电位梯度越高,雨天RI相对增长量越少。3.1.3 RI的老化特性线路RI的老化特性,重要取决于导线表面氧化、碳化的限度;另一方面取决于绝缘子、金
22、具、防振元件及间隔棒等的老化。由于新导线表面有毛刺,以及架线过程中导线与金具的损伤,因而在运营初期,导线易于起晕,RI值普遍偏高。根据实测,运营半年以后的220kV及500kV线路可减少15dB。半年以后老化较慢;运营一年以后,老化过程基本完毕。设计时RI的预估值,是指运营半年后的老化值。线路刚刚投运时,在实测RI值上应减去15dB才是线路的允许RI值。3.1.4 RI的雾、霜、雪天特性雾、霜与雪虽然不同,但在导线上产生的RI大体相同。雾、霜、雪降量的增长,RI也随之增长,增长范围均在07dB。RI值比雨天更加分散,在大雾下接近小雨时的RI电平。3.2 RI的测量方法与规定送电线路及变电所RI
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- 输电 线路 无线电 干扰 及其 防护 措施
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