特高壓直流輸電線路對飛機導航臺的影響分析

李締華 梁盼望 徐 鵬

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南 長沙 410007）

0 引言

某±800 kV特高壓輸電工程是我國實施“西電東送”戰(zhàn)略的重點工程，也是促進國家能源結構調(diào)整和節(jié)能減排的重大清潔能源項目。受周邊障礙物限制，該線路工程與一飛機導航臺距離較近。導航臺型式如圖1所示，該導航臺為華東地區(qū)重要的航路導航臺，為南來北往的飛機提供準確的方位和距離。導航臺主要設有多普勒全向信標臺和測距儀站，為保證導航精度，導航臺對周邊建筑物高度及電磁環(huán)境都有嚴格要求。而該特高壓輸電工程鐵塔普遍較高，且電流通量大，因此需進行專題分析研究。

圖1 導航臺型式

1 可能存在的影響

文獻[1]給出了全向信標臺和測距儀臺對周邊電磁環(huán)境的具體要求：

（1）以全向信標/測距儀臺天線基礎中心為基準點，以全向信標天線反射網(wǎng)平面為基準面，半徑200 m以內(nèi)不應有超出基準面高度的35 kV及以上的高壓輸電線，半徑500 m以內(nèi)不應有超出基準面高度的110 kV及以上的高壓輸電線。

（2）導航臺全向信標設備信號在覆蓋區(qū)內(nèi)的最低信號場強為90 μV/m，對調(diào)頻廣播干擾的防護率為17 dB，對工業(yè)、科學和醫(yī)療設備干擾的防護率為14 dB，對其他各種有源干擾的防護率為20 dB，計算得到允許的高壓線路最大干擾場強為19 dB（μV/m）。

（3）導航臺測距儀設備信號在覆蓋區(qū)內(nèi)的最低信號場強為689 μV/m，對各種有源干擾的防護率為8 dB，折算得到允許的高壓線路最大干擾場強為49 dB（μV/m）。

根據(jù)現(xiàn)場實測，該線路工程與導航臺之間的距離為557 m。高壓架空輸電線路運行時，導線表面存在一定的電暈放電現(xiàn)象，桿塔上的絕緣子和金具等部分也可能存在間歇性火花放電現(xiàn)象，從而產(chǎn)生無線電噪聲。文獻[2]對高壓架空輸電線路的無線電噪聲特性進行了描述，電暈放電主要能量集中在10 MHz以內(nèi)。經(jīng)統(tǒng)計，30 MHz時的無線電噪聲比0.5 MHz時衰減20～40 dB。文獻[3]給出了我國±800 kV直流輸電線路的控制值：正極性導線地面投影外側20 m，頻率為0.5 MHz的無線電干擾限值為58 dB（μV/m）。

30 MHz以上無線電噪聲主要來自于絕緣子和金具的火花放電，電暈放電產(chǎn)生的高頻電流沿導線傳導，沿線發(fā)射無線電噪聲，火花放電則主要以絕緣子和金具為中心向空間發(fā)射。全向信標臺工作在108～117.975 MHz，測距儀臺工作在960～1 215 MHz，雖然頻段與高壓線路的主要噪聲頻率不一致，但從嚴考慮，高壓輸電線路可能對新導航臺存在有源干擾風險，為此，下文對特高壓直流輸電線路在導航臺工作頻率范圍的無線電噪聲進行類比測量與評估。

2 架空輸電線路的無線電噪聲

2.1 導線電暈所產(chǎn)生的無線電噪聲

高壓輸電線路帶電運行時，導線表面的電位梯度較高，會引起表面空氣電離擊穿放電，稱為“電暈”，會使導線周圍形成脈沖重復率很高的“穩(wěn)態(tài)”無線電干擾場。

傅里葉分析和大量實測數(shù)據(jù)驗證表明，架空電力線的電暈干擾頻譜幅度較高，但這種干擾主要能量集中在10 MHz以下，30 MHz以上干擾隨頻率增高幅值下降很快。圖2為特高壓輸電線路運行后常年觀測所統(tǒng)計的無線電干擾頻譜特性，從圖中可以看出，10 MHz以后，干擾幅值相對于0.5 MHz已下降了30～40 dB，不會形成有效干擾。

圖2 特高壓輸電線路無線電干擾頻譜特性

2.2 絕緣子和金具火花放電所產(chǎn)生的無線電噪聲

30 MHz以上頻段無線電干擾大部分由火花放電產(chǎn)生，由于高頻集膚效應的影響，脈沖干擾電流在導線內(nèi)的傳播衰減增大，同時在這個頻段內(nèi)波長已接近或小于導線間隙和設備、金具的尺寸，因此30 MHz以上頻段干擾被認為是空間不連續(xù)分布的點源輻射的結果。

在線路上導線的電暈脈沖頻譜分量本身已很小，同時又不能有效地輻射到空間，因此在30 MHz以上頻段輸電線路的干擾較小，主要反映在鐵塔、絕緣子串、金具等部位火花放電上。隨著電力設備制造和施工工藝水平的提高，金具表面場強已經(jīng)被控制得很低（10 kV/cm2以下），已運行線路很難觀察到火花放電現(xiàn)象。

3 線路無線電噪聲的類比測量

3.1 測量系統(tǒng)

本次測試采用德國R&S公司的FSH4接收機/頻譜儀，該頻譜儀靈敏度高，分辨率帶寬1 Hz。接收天線采用頻率30～300 MHz的雙錐天線和200～2 000 MHz的對數(shù)周期天線。其中，雙錐天線采用水平極化方式，測量時采用平均值檢波；對數(shù)周期天線采用垂直極化方式，測量時采用峰值檢波。測量系統(tǒng)的靈敏度均大于全向信標臺和測距儀臺最大干擾允許場強，滿足文獻[4]中的測量系統(tǒng)要求。

3.2 類比對象及測點

我國在運特高壓直流工程已有十余個，需從中選擇某已建特高壓直流工程進行類比監(jiān)測。高壓架空輸電線路的無線電噪聲與線路的運行電壓、對地高度和導線型式相關。本工程所用導線截面為1 000 mm2，分裂間距500 mm，導線截面越大，分裂間距越大，導線表面的電場強度越小，產(chǎn)生的無線電噪聲越小，按照從嚴考慮，選擇導線截面900 mm2，分裂間距450 mm的某已建工程作為類比監(jiān)測對象。

以邊導線地面投影為0點設置測點，如圖3所示，1#～7#測點分布在距0點2 m～2 km的位置，天線中心離地高度2 m，測量現(xiàn)場照片如圖4所示。

圖3 測試路徑示意圖

圖4 已建±800 kV特高壓直流輸電線路電磁環(huán)境測試現(xiàn)場

3.3 測量結果

6#測點與已建線路的距離和導航臺與本工程線路距離相近，依據(jù)文獻[4]中的測量方法，該測點測量結果如圖5所示。

圖5 6#測點頻譜圖（與邊導線水平距離557 m）

6#測點113.9 MHz、1 173 MHz和1 110 MHz頻率測量結果和換算結果的典型值如表1所示。

表1 6#測點測量結果和換算結果

根據(jù)前述文獻[1]的要求，線路干擾測量結果表明，線路對導航臺的干擾值均在限值要求以內(nèi)。

4 結論

（1）高壓輸電線路的無線電噪聲基本在30 MHz以下，主要能量集中在10 MHz以內(nèi)，沿線路傳播，影響面較廣。

（2）30 MHz以上無線電噪聲主要是絕緣子和金具等火花放電所致，不能在導線中有效傳播，集中在桿塔附近區(qū)域，是“點”干擾源。隨著電力設備加工和施工工藝水平的提高，加上特高壓工程設計時金具表面場強保留了充足裕量，已運行特高壓線路金具和絕緣沒有發(fā)現(xiàn)火花放電現(xiàn)象。因此，輸電線路30 MHz以上無線電噪聲影響面小，衰減快。

（3）類比測量6#測點的電磁環(huán)境測量結果表明，被測量直流輸電線路工程滿足文獻[1]中規(guī)定的多普勒全向信標臺和測距儀臺的干擾防護率要求。由此類推，本工程線路無線電噪聲也滿足全向信標臺和測距儀臺有源干擾防護率要求，不會對涉及的航路導航臺造成有源干擾。