摘 要 对超高压直流输电产生的无线电干扰的原因和机理进行分析和探讨,对无线电干扰测量过程中的主要问题进行阐述,并提出了控制和减小超高压直流输电中无线电干扰的基本措施。
关键词 超高压直流输电 无线电干扰 机理 测量控制
1 前言
由于输电距离远、造价低、功率大、线损小、运行稳定、宜于联网等多方面的优点,近半个世纪以来,超高压(220ｋＶ～1000ｋＶ)直流输电在国外迅速发展,已成为输变电技术的重要分支和不可缺少的组成部分;在国内,从20世纪80年代末期开始,已有葛—上、天—广等几条由国外引进设备的线路相继投入运行。随着我国电力建设速度和规模的不断提高,超高压直流输电呈迅猛发展之势。在三峡电力外送工程中目前就已引进三—常、三—广两条在建线路。超高压直流输电在无线电干扰等方面对环境产生不良的影响,这是检验检疫机构在工作中应予特别关注的问题。但在这方面目前研究不多,积累的数据十分有限。本文拟就超高压直流输电的无线电干扰问题进行分析和探讨。
2 原因和机理分析
无线电干扰是指在无线电频段可能对有用信号造成损害的电磁辐射骚扰。所要着重考虑的是,对于调幅广播频段(535～1605ｋＨｚ)和电视广播低频段(48.5～92ＭＨｚ)的干扰,通常用无线电干扰(ＲＩ)和电视干扰(ＴＶＩ)两个术语来称呼。
2.1 输电线电晕产生的无线电干扰
由于空气中存在着一定数量的由宇宙射线所产生的正离子—负自由电子对。电子在电场的作用下加速运动,碰撞其它中性分子产生碰撞电离,并产生新的自由电子。这些电子碰撞循环往复,如同雪崩一样形成电子崩。在高压输电线表面强电场的作用下,电子崩现象会一直发展到电极间间隙击穿,产生电晕放电。放电过程中因电离、复合和附着使导线周围空间存在着空间电荷。空间电荷的存在,对电场产生影响,使导线表面的电晕放电呈一种脉冲放电状态。测量显示,这种脉冲放电是随机的、不规则的,单个脉冲电流的上升时间约为20ｎｓ～40ｎｓ,衰减至半峰值的时间约为100ｎｓ,脉冲重复频率在200～2000Ｈｚ之间不规则波动。根据傅立叶频谱变换分析理论,这种在正极性导线上产生的不规则的脉冲放电,其频率范围非常广泛,一般在几百赫兹到几百兆赫兹之间,它是高压输电线路电晕无线电干扰的主要原因。
2.2 换流站产生的无线电干扰
直流输电两端的换流站,无论是作为送电端将交流转换到直流的换流站,还是作为受电端将直流转换到交流的逆变站,都是根据单向阀桥式整流原理,通过控制换流阀的周期性通断来实现的。换流阀的导通在其阳—阴极两端产生电压跃变Ｕｋ=Ｕｍｓｉｎα(Ｕｍ为阳极电压幅值,α为导通角)。阀的两极之间,存在着极间电容Ｃｚ(包括杂散电容)和杂散电感Ｌｚ,在换流阀滞后导通的期间内,该阶跃电压被加在电容和电感的两端,一旦阀触发开通,电路中的电容和电感立即通过阀回路放电,形成振荡。由于回路中电阻很小,这种振荡电流是轻度的阻尼振荡。同时,由于电容和电感构成的回路是复合的,所以振荡具有多重频率,组成一个相当宽的频带,其中包括射频频率,因此产生电磁辐射。与产生电磁辐射波的波长相比,换流阀的几何尺寸是很小的,从辐射的观点来看,可以把换流阀作为具有纯电容辐射阻抗的垂直偶极子来看待,这种辐射属于偶极子辐射。偶极子辐射将直接引起无线电干扰,或者引起装置其他部分的振荡而产生二次干扰。在超高压直流输电中,由于换相电压高达数百千伏,相应的电流振荡幅值是很大的,如果不采取有效的措施,引起的无线电干扰将会很严重。理论计算表明,对于一个±500Ｋｖ、3000ＭＷ的换流站,如果未经屏蔽,在距阀厅00ｍ处,其辐射干扰场强可达130μｖ/ｍ以上。
另一方面,由于换流阀交、直流两侧连接的电路中存在着设备装置电容和电感(如母线和连接线的电容、它们对地和它们之间的电容、套管的电容、各种设备的电容和电感),换流阀换相过程中的电压跃变也将在这些电路中引起各种频率的阻尼振荡。这些震荡通过开关站设备向空间辐射,或者沿输电线向外传播,产生一定的无线电干扰。
3 无线电干扰的量度、测量和评价
3.1 量度无线电干扰是一种电磁场辐射干扰。
对电磁场的量度主要是对其电场强度和磁场强度的量度。由于电磁场电场和磁场分量之间的比值为常数:Ｅ/Ｈ=Ｚ0=μ0ε0=377(Ω)(即真空阻抗值),所以对电磁场的量度可以归结为电场强度的度量。无线电干扰的场强单位一般选用每米微伏μｖ/ｍ,或用分贝ｄＢ表示。二者的关系是:以ｄＢ表示的场强=20Ｌｏｇ[以μｖ/ｍ表示的场强]。
3.2 无线电干扰测量
3.2.1 测量仪表及要求无线电电磁干扰的测量仪器其本质就是场强的测量仪。但对同一种干扰源,不同的测量仪表表头结构所反应的示值是不一样的。无线电干扰所着重考虑的是电磁噪声对语音通信的干扰,所以应采用能模拟人的听觉器官对电磁干扰的响应的测量表计,即应采用由准峰值检波器组成的准峰值电压表。除此而外,对测量仪表的几项主要特殊指标,国际无线电干扰特别委员会(ＣＩＳＰＲ)针对不同频段的电磁干扰测量做出了明确的规定,见表1。测量仪表接受天线,对于调幅广播频率范围的干扰测量,由于此频段内主要是磁场分量,应采用棒形天线或具有屏蔽的框形天线;对于甚高频的电视干扰测量,一般应采用偶极子天线。
3.2.2 测量位置的选择在测量线路和换流站的干扰时,还必须特别注意测量位置的选择,要求在地势平坦,远离高大建筑物和树木,没有其他电力线和通讯广播线的地方,电磁环境电平至少比被测对象的无线电干扰电平低6ｄＢ。一般地,测量线路干扰时,测量点应选择在线塔档距中央,距线路终站10Ｋｍ以上(最少不小于2Ｋｍ),离导线投影20ｍ处。测量换流站的干扰时,测量点应选择在最高电压等级配电装置区外侧,避开进出线,距最近带电构架投影20ｍ处或围墙外20ｍ处。
3.2.3 测量频率选择测量频率一般应在0.10、0.15、0.25、0.50、1.0、1.5、3.0、6.0、10、15、30、45、90、220ＭＨｚ或其附近(±10%)进行选取。简易测量可选取0.10、0.16、45ＭＨｚ3个频率上进行。每30Ｓ读取一个记录,取10ｍｉｎ平均值。然后做出给定气象条件下的干扰频谱曲线。
3.2.4 测量结果评价对于给定的允许干扰值Ｌ,按式Ｘ+ＫＳｎ≤Ｌ判断,若成立则认为结果满意。其中,Ｘ为测量结果平均值;Ｓｎ为测量结果样本标准差;Ｋ为按一定置信度选取的常数,一般地按表2选取。
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