浅析输电线谐波辐射现象

周志为

摘 要：输电线谐波辐射是指地面电力系统在50或60Hz的谐波频率上辐射ELF/VLF电磁波到高空电离层、磁层中的现象。 作为近地空间环境的一种人工污染源，这一现象在国外颇受关注，但国内相关的研究资料还相当少。本文首先介绍了输电线谐波辐射现象，接着对输电线谐波辐射与磁层线辐射之间的区别和联系进行阐述，最后介绍了输电线谐波辐射现象的影响以及研究这一现象的意义。

关键词：输电线谐波辐射 磁层线辐射 近地空间环境

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0079-01

大量地基观测和卫星探测实例已经表明，电力系统辐射的谐波不仅会影响公用电网和其他地面系统的运行，而且会传播到高空电离层和磁层，在一定条件下对其造成扰动，这种现象称为输电线谐波辐射（Power Line Harmonic Radiation，简称为PLHR）。

1 输电线谐波辐射的首次发现

输电线谐波辐射现象第一次被发现是在1975年，当时美国斯坦福大学的研究学者Helliwell等在分析Siple站（位于南极洲）和Roberval站（位于加拿大，与Siple站互为地磁共轭点）的电磁观测数据时，发现在时频图中2～5 kHz频率范围内存在一些平行谱线，有些平行谱线的频率间隔约为120 Hz。这些学者认为这可能是由加拿大电力系统（电网频率为60 Hz）中长输电线的谐波辐射到高空电离层和磁层引起[1]。

2 输电线谐波辐射与磁层线辐射

自从输电线谐波辐射现象被发现以来，很多国外学者都开展了深入研究。二十世纪八九十年代，已经有大量的类似事件被观测到，其中大多数是地基观测实例，少数几例为卫星探测实例。这些实例中的频率谱线很多都有偏移，并不是准确地以50/100Hz或60/120Hz为频率间隔，因此学者们称这些事件为磁层线辐射（Magnetospheric Line Radiation，简称为MLR）。随后，磁层线辐射是否就是输电线谐波辐射，或者是否是由输电线谐波辐射引起等问题成为学者们研究和争论的焦点。

2006年，法国学者Nemec等利用DEMETER卫星的探测数据观测到了72例典型的辐射事件。他们将这些事件分为两类，一类是输电线谐波辐射事件，共有49例。在时频图中，输电线谐波辐射事件表现为水平的几条频率谱线，谱线频率为50或60Hz的谐波频率，谱线频率间隔分为50/100 Hz和60/120 Hz，频率间隔为50/100Hz的辐射事件主要发生在欧洲上空，频率间隔为60/120 Hz的辐射事件主要出现在美国上空和日本东北上空。也就是说，输电线谐波辐射事件的谱线频率和频率间隔都与当地地面电网频率相对应。因此，他们认为输电线谐波辐射是由地面电力系统辐射的谐波直接传播到高空电离层引起。

另一类是磁层线辐射事件，共有23例。通过研究发现，磁层线辐射特性与输电线谐波辐射特性明显不同：（1）磁层线辐射的强度比输电线谐波辐射的大，输电线谐波辐射的强度通常比较微弱；（2）磁层线辐射持续的时间比输电线谐波辐射长，有的磁层线辐射事件甚至能持续2 h；（3）在时频图中，磁层线辐射事件形成的频率谱线带宽也比输电线谐波辐射的大，输电线谐波辐射事件的频率谱线带宽最大不超过3 Hz[2-3]。

通过Nemec等的研究可知，输电线谐波辐射与磁层线辐射是两种不同的现象，它们都存在于电离层和磁层中。

3 输电线谐波辐射的影响及研究意义

目前，国外多数学者认为，随着电力工业的飞速发展和电力电子设备应用的增加，输电线谐波辐射现象将变得愈加明显。输电线谐波辐射在一定条件下会影响电离层和磁层的状态，而且可能会与电离层中的带电粒子相互作用，触发强度更大、频带更宽的辐射，这会对电离层环境产生一定的影响。因此，研究输电线谐波辐射现象对于认识地球的近地空间环境，特别是电离层环境，具有重要科学价值[4]。

4 结论

输电线谐波辐射是一种存在于电离层、磁层中但与磁层线辐射不同的现象，该现象对电离层环境会产生一定影响，对其进行研究有助于我们认识地球的近地空间环境。

参考文献

[1] Helliwell R A，Katsufrakis J P， Bell T F， Raghuram R.VLF line radiation in the Earths magnetosphere and its association with power system radiation [J]. J.Geophys.Res.，1975，80（31）：4249-4258.

[2] Nemec F，Santolik O，Parrot M， Berthelier J J.Power line harmonic radiation（PLHR）observed by the DEMETER spacecraft[J].J.Geophys.Res.，2006，111：A04308.

[3] Nemec F.，Santolik O.，Parrot M.，Berthelier J.J..Comparison of magnetospheric line radiation and power line harmonic radiation：A systematic survey using the DEMETER spacecraft[J]，J.Geophys.Res.，2007，112，A04301.

[4] 吴静，付静静.地震电磁卫星监测输电线谐波辐射研究综述[J].地震学报， 2011，33（6）：828-836.endprint