淺析輸電線諧波輻射現(xiàn)象

周志為

摘 要：輸電線諧波輻射是指地面電力系統(tǒng)在50或60Hz的諧波頻率上輻射ELF/VLF電磁波到高空電離層、磁層中的現(xiàn)象。 作為近地空間環(huán)境的一種人工污染源，這一現(xiàn)象在國外頗受關注，但國內(nèi)相關的研究資料還相當少。本文首先介紹了輸電線諧波輻射現(xiàn)象，接著對輸電線諧波輻射與磁層線輻射之間的區(qū)別和聯(lián)系進行闡述，最后介紹了輸電線諧波輻射現(xiàn)象的影響以及研究這一現(xiàn)象的意義。

關鍵詞：輸電線諧波輻射 磁層線輻射 近地空間環(huán)境

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（c）-0079-01

大量地基觀測和衛(wèi)星探測實例已經(jīng)表明，電力系統(tǒng)輻射的諧波不僅會影響公用電網(wǎng)和其他地面系統(tǒng)的運行，而且會傳播到高空電離層和磁層，在一定條件下對其造成擾動，這種現(xiàn)象稱為輸電線諧波輻射（Power Line Harmonic Radiation，簡稱為PLHR）。

1 輸電線諧波輻射的首次發(fā)現(xiàn)

輸電線諧波輻射現(xiàn)象第一次被發(fā)現(xiàn)是在1975年，當時美國斯坦福大學的研究學者Helliwell等在分析Siple站（位于南極洲）和Roberval站（位于加拿大，與Siple站互為地磁共軛點）的電磁觀測數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)在時頻圖中2～5 kHz頻率范圍內(nèi)存在一些平行譜線，有些平行譜線的頻率間隔約為120 Hz。這些學者認為這可能是由加拿大電力系統(tǒng)（電網(wǎng)頻率為60 Hz）中長輸電線的諧波輻射到高空電離層和磁層引起[1]。

2 輸電線諧波輻射與磁層線輻射

自從輸電線諧波輻射現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，很多國外學者都開展了深入研究。二十世紀八九十年代，已經(jīng)有大量的類似事件被觀測到，其中大多數(shù)是地基觀測實例，少數(shù)幾例為衛(wèi)星探測實例。這些實例中的頻率譜線很多都有偏移，并不是準確地以50/100Hz或60/120Hz為頻率間隔，因此學者們稱這些事件為磁層線輻射（Magnetospheric Line Radiation，簡稱為MLR）。隨后，磁層線輻射是否就是輸電線諧波輻射，或者是否是由輸電線諧波輻射引起等問題成為學者們研究和爭論的焦點。

2006年，法國學者Nemec等利用DEMETER衛(wèi)星的探測數(shù)據(jù)觀測到了72例典型的輻射事件。他們將這些事件分為兩類，一類是輸電線諧波輻射事件，共有49例。在時頻圖中，輸電線諧波輻射事件表現(xiàn)為水平的幾條頻率譜線，譜線頻率為50或60Hz的諧波頻率，譜線頻率間隔分為50/100 Hz和60/120 Hz，頻率間隔為50/100Hz的輻射事件主要發(fā)生在歐洲上空，頻率間隔為60/120 Hz的輻射事件主要出現(xiàn)在美國上空和日本東北上空。也就是說，輸電線諧波輻射事件的譜線頻率和頻率間隔都與當?shù)氐孛骐娋W(wǎng)頻率相對應。因此，他們認為輸電線諧波輻射是由地面電力系統(tǒng)輻射的諧波直接傳播到高空電離層引起。

另一類是磁層線輻射事件，共有23例。通過研究發(fā)現(xiàn)，磁層線輻射特性與輸電線諧波輻射特性明顯不同：（1）磁層線輻射的強度比輸電線諧波輻射的大，輸電線諧波輻射的強度通常比較微弱；（2）磁層線輻射持續(xù)的時間比輸電線諧波輻射長，有的磁層線輻射事件甚至能持續(xù)2 h；（3）在時頻圖中，磁層線輻射事件形成的頻率譜線帶寬也比輸電線諧波輻射的大，輸電線諧波輻射事件的頻率譜線帶寬最大不超過3 Hz[2-3]。

通過Nemec等的研究可知，輸電線諧波輻射與磁層線輻射是兩種不同的現(xiàn)象，它們都存在于電離層和磁層中。

3 輸電線諧波輻射的影響及研究意義

目前，國外多數(shù)學者認為，隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展和電力電子設備應用的增加，輸電線諧波輻射現(xiàn)象將變得愈加明顯。輸電線諧波輻射在一定條件下會影響電離層和磁層的狀態(tài)，而且可能會與電離層中的帶電粒子相互作用，觸發(fā)強度更大、頻帶更寬的輻射，這會對電離層環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。因此，研究輸電線諧波輻射現(xiàn)象對于認識地球的近地空間環(huán)境，特別是電離層環(huán)境，具有重要科學價值[4]。

4 結(jié)論

輸電線諧波輻射是一種存在于電離層、磁層中但與磁層線輻射不同的現(xiàn)象，該現(xiàn)象對電離層環(huán)境會產(chǎn)生一定影響，對其進行研究有助于我們認識地球的近地空間環(huán)境。

參考文獻

[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] 吳靜，付靜靜.地震電磁衛(wèi)星監(jiān)測輸電線諧波輻射研究綜述[J].地震學報， 2011，33（6）：828-836.endprint