高压电力线在3MHz—30MHz电磁干扰下的建模分析研究

张宁，刘燕

（国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站，新疆 乌鲁木齐 830000）

高压电力线在3MHz—30MHz电磁干扰下的建模分析研究

张宁，刘燕

（国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站，新疆 乌鲁木齐 830000）

为提高短波监测质量及效率，避免电磁干扰的影响，对严重影响短波监测工作的高压电力线路有源干扰产生机理进行了深入分析，并采用垂直偶极子模型辐射场及单根高压线起晕场计算原理进行3MHz—30MHz电磁干扰建模分析研究。同时对高压电力线有源干扰基准电平进行定量计算，最后与实测数据进行对比验证。研究结果表明，在3MHz—30MHz频率范围内，存在多根高压线与仅存在单根高压线相比，其电磁干扰电场强度的变化是不同的，这两种情况下的电磁干扰变化趋势与实测数据场强的变化基本一致。

高压电力线 短波监测 有源干扰 起晕场

1 引言

高压电力线路在运行时存在无线电干扰，它是各种专业或军用无线电台（站）产生干扰的主要干扰源。此类无线电干扰分为有源干扰和无源干扰。有源干扰其频率范围基本上小于30MHz，主要是由导线及金属表面电晕放电和绝缘子因局部场强过高引起火花放电产生。无源干扰的频率范围大于30MHz，主要是无线电信号遇到线路的导线和铁塔后因电磁感应而形成的散射和屏蔽作用。本文主要针对3MHz—30MHz频段高压电力线的有源干扰做建模分析研究。

2 有源干扰的产生机理

在有源干扰中，最主要的是无线电噪声。其中包含在导线表面或线路部件表面的电晕放电、绝缘子高电位梯度部分放电和火花以及松动或接触不良处的火花。电晕产生的无线电噪声电平受两大类因素影响，即线路结构、设计和施工以及大气、气候等外部因素。但大体来说，可以通过控制设计线路结构等来降低影响，且线路建好并运行一段时间后，无线电噪声电平几乎可以保持稳定。无法控制的是天气与气候条件，其对无线电噪声电平的变化范围影响较大。

大气、气候等外部因素主要包括雨、雪、雾、风速、相对湿度、大地导电率、相对空气密度等。很多实验表明，在小雨、雪、大雾、露等情况下或空气湿度在一定范围内上升，无线电噪声电平就会不断上升。但若是大雨，无线电噪声电平则不随雨量的增大而迅速升高。对于输电线无线电噪声来说，当雨量大于0.6mm/h即认为是大雨。大雨时平均电平最稳定，故大多选择大雨时的平均电平作为计算无线电噪声的基础电平。大雨时，别的因素（火花等）引起的无线电噪声几乎不存在或变的很小，因此大雨时测量结果几乎可以反映线路电晕放电导致的无线电噪声。

3 有源干扰的计算原理

根据J R Wait编著的《Electromagnetic Waves in Stratified Media》，如图1所 示，对于2条平行的高压传输线，因其之间存在电压差，所以其辐射场可当作电偶极子源来进行处理。对于多根高压线，其辐射场可以看成多个偶极子源相互迭加的结果。

图1 高压架空输电线的电偶极子模型

3.1 垂直偶极子模型辐射场计算

以空间位置上下排列的2根高压传输线为例，把它当作垂直电偶极子来计算。

如图1所示，在均匀半空间中，电场E只有ŷ方向分量。在上层空间（z＜0），电场强度可表示为：

其中，K0是修正贝塞尔函数，也有些文献称之为变态贝塞尔函数。传播常数Re[0γ]＞0。

为了把（1）式转换成为更实用的形式，利用傅里叶变换进行如下积分：

对应的傅里叶积分反变换为：

对（3）进行估算得到：

其中，当(z+h)＞0时取“+”号，(z+h)＜0时取“-”号，

考虑到地面反射，在高压线下方(-h≤z≤0)，总场表示为：

被积函数的前半部分表示直达波，后半部分表示反射波。

R⊥(λ)是反射系数，其表达式为：

对于大地磁导率μ1=μ0，R⊥(λ)可简化为

在z=0处的地表，当入射角为θ时的反射系数为R⊥(λ)，通过iλ=γ0sinθ可变换为以θ为参数的R⊥(θ)。

根据式（2）和（3），可估算（5）式得到：

取高压线高度h=10m，可以计算出在1 000m范围内3MHz—30MHz的短波波段内电场强度的变化规律，具体如图2和图3所示：

图2 1 000m范围内典型频率上的E0变化趋势

图3 3MHz—30MHz典型距离上的E0变化趋势

3.2 单根高压线起晕场计算

图4 单根高压线的磁偶极子模型

如图4所示，依据电晕放电的形成原理，此时单根高压线可当做磁流为K的线源来计算，只需对公式（5）中的各个量做如下代换：I→K，

在上半空间（z＜0）内，磁场强度就表示为：

当z+h＜0时，取“+”，z+h＞0时，取“-”。

平行极化波的反射系数为：

在均匀半空间中，由K0=u0/(σ0+iωε0)，Z1=K1，μ1=μ0得：

于是，与方程（8）相似，给出H0的表达式如下：

其中，K0为修正贝塞尔函数。

由

得：

得到在1 000m范围的短波波段内Ez的变化规律，如图5和图6所示：

图5 1 000m范围内典型频率上的Ez变化大小

图6 3MHz—30MHz典型距离上的Ez变化大小

通过以上建模仿真分析可得：存在多根高压线时，若短波通信频率固定，则其电磁干扰电场强度随着高压电力线与监测站天线阵之间距离的增大而减小，距离一定时，频率越高则干扰越大。仅单根高压线存在时，若频率固定，则其电磁干扰电场强度随着高压电力线与监测站天线阵之间距离的增大而减小，但距离一定，若小于200m时频率越高则干扰越小，大于200m时3MHz—10MHz范围频率越高则干扰越小，而10MHz—30MHz有频率越高则干扰越大的趋势。该结果与实测数据场强的变化基本一致。

4 有源干扰的基准电平

结合以上建模仿真分析，为进一步确保短波监测工作不受高压电力线的干扰影响，本节结合实际情况给出高压电力线有源干扰的基准电平取值方法。高压电力线有源干扰的基准电平E0可按国标《高压交流架空送电线无线电干扰限值》GB15707-1995给出的方法取值。

（1）对于110kV、220（330）kV和550kV这3种高压架空输电线，在0.5MHz的无线电干扰限值E0如表1所示：

表1 GB15707-1995规定的无线电干扰限值

0.15 MHz—30MHz频段中其它频率点的干扰限值E，可按下式进行修正：

式中ΔE是相对于0.5MHz的干扰场强增量，其单位是dBμ V/m；f是频率，单位为MHz；公式（16）的适用频率范围为0.15MHz—4MHz。

（2）对于不是上述3种电压值的情况，0.5MHz的无线电干扰基准电平按下式进行计算：

式（18）中，gmax为架空输电线导线表面的最大电位梯度，单位为kV(r.m.s)/cm；r为单根导线的半径，单位为cm；gmax计算如下：

q为单位长度导线上的表面电荷；ε0为1/ (36π×109)；n为分裂导线数；d为单根导线的直径，单位为cm；b为分裂导线的节圆直径。

由公式（18）可得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。若某一相的场强值大于其余每相至少3dBμ V/m，就取该相的场强值作为此高压交流架空送电线的无线电干扰场强，否则依据公式（20）来计算：

式（20）中E1，E2分别为三相导线中的最大两个无线电干扰场强，单位为dBμV/m。

5 结束语

本文简要分析了高压电力线产生无线电有源干扰的机理，并通过建立高压传输线辐射场的偶极子模型及单根高压线起晕场计算方法，计算了其周围1 000m范围内短波频段内电磁干扰场强大小。在参考国内外相关技术标准和计算方法的基础上，将计算结果与实测数据进行比较分析，其变化基本一致。该研究成果对当前无线电管理部门进行短波监测站电磁环境保护具有一定的理论参考价值和实践指导意义。

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[12] 刘青松. 时域有限差分法在超高压输电线电磁场仿真中的应用研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2004.★

张宁：学士毕业于重庆大学计算机科学与技术专业，现任国家无线电监测中心工程师，主要从事无线电监测工作，多次完成国家无线电监测中心标准化工作及软课题研究项目，研究方向为无线电波传播及无线电业务理论研究与应用。

刘燕：硕士毕业于西安科技大学通信与信息系统专业，现任国家无线电监测中心助理工程师，主要从事无线电监测工作，完成了国家无线电监测中心两项标准制定工作及短波通信频率实时探测及预报系统软件开发，研究方向为无线电波传播及无线电业务理论研究与应用。

德国外经贸部考察世界顶级光纤熔接机品牌韩国易诺仪器

5月中旬，德国外经贸部负责电子产业的两位专家——M ax M ilbredt与Anj a Birholz对韩国易诺仪器总部进行考察。此次考察目的是为共同发现在国际项目中的合作机会并扩展与易诺德国分公司的业务。韩国易诺仪器市场部向专家重点介绍了View系列光纤熔接机，并展示了View系列产品与重要工具配件，细节展示与精致机械工艺都体现了易诺光纤熔接机在不同熔接场合的优势。此次考察合作让双方都受益匪浅，具有极其深远的相互学习借鉴意义，对于韩国易诺品牌在通信工业发展领域也是一个不小的加速剂。

眼下正是全球通信网络建设的热潮，易诺仪器作为全球领先的电信行业供应商，同样融入于德国政府提出的“工业4.0”大潮中，在通信网络建设方面力求为电信企业提供高智能有效的解决方案。在未来，易诺仪器期待有更多的合作机会，更期待在新战略思想引导下共同开创通信工业的新局面。（本刊）

Analysis and Research on 3MHz—30MHz Electromagnetic Interference Modeling of High Voltage Power Line

ZHANG Ning, LIU Yan
(State Radio Monitoring Center Urumqi Station, Urumqi 830000, China)

In order to enhance quality and efficiency shortwave monitoring and avoid the influence of electromagnetic interference, active jamming mechanism of high voltage power line affecting shortwave monitoring was analyzed in this paper. According to the calculation principles of vertical dipole model radiation fi eld and corona fi eld of single high voltage power line, 3MHz—30MHz electromagnetic interference was modeled and analyzed. In addition, active interference bench mark level of high voltage power line was quantitatively calculated and comp ared with tested data. Results show that, in frequency range of 3MHz—30MHz, the strength of electromagnetic interference is different in the conditions of multiple and single high voltage power lines; but the change trend of electromagnetic interference in these two conditions is overall consistent with the change trend of tested data fi eld strength.

high voltage power line shortwave monitoring active jamming corona fi eld

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.10.013

TN92

A

1006-1010(2015)10-0066-05

张宁,刘燕. 高压电力线在3MHz—30MHz电磁干扰下的建模分析研究[J]. 移动通信, 2015,39(10): 66-70.

2015-03-23

责任编辑：刘妙 liumiao@mbcom.cn