专利名称：特高压直流输电线路与无线台站之间防护间距的确定方法
技术领域：
本发明属于高压输变电工程电磁兼容领域，具体地讲是一种士SOOkV特高压直流输电线路与无线台站之间防护间距的确定方法。
背景技术：
为了满足我国经济社会可持续发展的用电需求，建设以特高压电网为核心的加强电网已成为国家电力建设的战略目标。在采用长距离、大容量输电时，特高压输电能够有效地节省线路走廊、有助于改善网络结构、减少输电瓶颈和实现大范围的资源优化配置，经济和社会效益十分明显。但特高压的电磁环境不同于500kV线路，国家标准尚未有士SOOkV 特高压直流输电线路对邻近无线电台站防护间距的标准，这不但给直流输电工程的路径选择和工程造价增加很多不确定的因素和不必要的困难，而且也可能影响临近无线电台站的正常工作，因此研究士SOOkV特高压直流输电线路对线路附近无线台站的影响，确定防护距离显得非常必要。高压架空输电线路对无线电台站可能形成的干扰分为有源干扰和无源干扰。有源干扰是由在导线和大地间形成的干扰电磁场产生的，主要来自导线的电晕放电；无源干扰是指高压架空导线和铁塔受无线电信号的电磁场激励产生伴生电流，并向空间辐射，此二次辐射将改变原无线电信号的幅值和相位。目前对于有源干扰已有成熟的计算模型，但对无源干扰的研究工作还很有限。专利200710168958. 1的“特高压交流线路与短波无线电测向台间防护距离确定方法”和专利200710168959. 6的“特高压交流线路与中波导航台间防护距离确定方法”针对特高压交流线路与临近具体台站之间的防护距离求解方法进行了阐述，计算采用的是传统意义上的输电线路无源干扰线模型，适用的无线电频率不超过16. 7MHz。为解决线模型无法应用于 16. 7MHz以上的无源干扰求解问题，更好地体现线路铁塔局部特征并保证感应电流的连续性，专利200710168958. 1和专利200710168959. 6采用输电线路无源干扰线模型进行求解。 从线模型的相关理论上看，存在如下问题1)从线模型的等效前提看，Hallen方法仅研究了截面为正方形和条形的导体等效成线模型的问题，并未研究类似于铁塔角钢横截面为“L’’型的导体等效问题。因此，铁塔角钢等效成线模型时，线模型的半径取值多少还需要斟酌。当前国内研究特高压交流输电线路无源干扰问题时，角钢半径等效为0. 05m。2)从线模型电场积分方程的推导过程看，采用线模型的前提是认为输电线路各导体的感应电流都完全集中在导线轴线上，且只沿轴向方向分布，这和实际情况有一定差异。3)从线模型无源干扰水平的计算过程看，采用脉冲基函数对感应电流进行离散也会引起计算偏差。采用脉冲基函数其实人为地定义了线模型各线单元上的电流是不连续的，即认为线单元中心的电流为常数，而分段的边界处电流为0，从而破坏了感应整体电流分布的连续性；同时，还破坏了实际感应电流函数的微分特性，用脉冲基函数展开的近似函数是零阶可导，并且在子域边界为无穷大。因此，为精确表达连续光滑的函数，必须将子域划分的非常细，即必须将输电线路铁塔、导线和地线线模型划分地非常细。然而，对于以百米为单位的输电线路线模型来说，过细的线单元划分将造成线单元数量过大，未知函数感应电流的数目将过多，计算机无法完成按矩量法展开后的矩阵运算。4)从天线原理的角度看，过粗的等效圆柱天线上的电流与理想无限细天线上的电流不同。根据NEC软件的计算建议，线模型划分大量的线单元后，线单元的长度一般不超过 0. 1 λ。随着激励频率的升高，线模型划分单元后的线单元长度缩短，从而造成线单元长径比(Ι/a)过小的线单元数量增多。这种过粗的线单元已不是理想天线导体，感应电流呈驻波出现，已不符合实际感应电流形式。显然，频率越高，出现驻波电流的过粗线单元数目也将越多，造成计算结果的偏差越来越大。本发明提出了建立基于三角面元的特高压直流线路角钢铁塔面模型的方法，并以此为基�。贫颂馗哐怪绷魇涞缦呗范愿骼辔尴叩缣ㄕ疚拊锤扇欧阑ぜ渚嗟那蠼夥椒�。
发明内容
本发明的目的是从分析无源干扰产生的机理出发，建立了基于RWG基函数和伽略金检验的输电线路无源干扰水平求解的铁塔面模型，从而提供一种特高压直流输电线路与无线台站之间防护间距的确定方法。为了实现上述目的，本发明所采用的方法是一种特高压直流输电线路与无线台站之间防护间距的确定方法，首先根据输电线路铁塔的实际空间桁架结构，建立线路无源干扰仿真面模型，结合架空导线、地线线模型， 建立输电线路无源干扰线面模型。采用基于RWG基函数和伽略金检验的矩量法求解特高压直流输电线路上各部分的感应电流，从而，根据直流输电线路无源干扰电场积分方程，计算出感应电流所产生的二次辐射强度矢量，与源电磁场叠加，求出特高压直流线路对无线台站干扰水平，其具体步骤是第一步骤根据特高压直流铁塔的实际空间桁架结构，建立输电线路实际尺寸的仿真面模型，结合架空导线、地线线模型，组成输电线路无源干扰线-面模型；第二步骤无线台站信号发射天线从无穷远处以平面波形式对输电线路仿真面模型进行激励，从而可建立求解线路周边某点处电磁场干扰水平的直流输电线路无源干扰计算模型；第三步骤依据第二步骤建立的直流输电线路无源干扰计算模型，得到与模型对应的电场积分方程，选择RWG基函数和伽略金检验，采用矩量法求解输电线路各组成部分的感应电流；第四步骤求得输电线路各组成部分的感应电流分布，进而计算出由感应电流所产生的二次辐射强度矢量，与源入射电磁波的电磁场叠加，求出士SOOkV特高压直流线路对无线台站干扰水平，最终得到特高压直流输电线路对无线台站的无源干扰防护间距。通过试验所获得的试验数据对比证明，本发明具有较高准确性，可应用于今后高压输电线路与相邻无线电台站之间无源干扰防护间距的精确求解。
图1为本发明特高压直流输电线路无源干扰基本数学模型示意图。
E ΛΓ设线路金属部分为理想导体，在其表面应用切向电场的边界条件，有t ‘ (Ε,ω+Ε^Γ)) = 0 (3)式中t为单位切向矢量。将式(3)代入式O)，得到输电线路表面电流的EFIE为
fI f]ωμ · gir.r's/, (r、dS'--——(*V gu\ r')▽'··/ ir'kiS' = - ·Σ {$')图2为本发明特高压直流输电线路铁塔面模型中相邻三角面元对的几何关系示意图。图3为本发明士SOOkV输电线路典型铁塔仿真面模型示意图。图4为本发明特高压直流输电线路对调幅广播收音台无源干扰数学模型示意图。图5为本发明特高压直流输电线路无源干扰线-面模型示意图。图6为本发明士800kV特高压直流输电线路与调幅广播收音台间距1800m、1900m 和2000m处的全频段无源干扰水平示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但该实施例不应理解为对本发明的限制。本发明将各类无线台站的各种发射天线置于无穷远处，从而可用平面电磁波的形式对输电线路无源干扰模型进行激励。由于线路铁塔垂直于地面，因此考虑最严重的情况， 即用垂直极化平面波为激励源，求解观测点处的电场变化，找出合适的距离保证电场变化在允许值以下。输电线路无源干扰可简化为如图1所示的数学模型。图1中有两个坐标系，一个是直角坐标系(X，ι, Z)，另一个是球坐标系(Γ,这识)。设输电线路的铁塔、导线和地线为理想导体V，位于坐标轴χ上，电磁波Ei以角度(久，识0入射到输电线路上，而输电线路上任一点r'处，即源点处的感应电流密度分布为J(r')，向空间再辐射。设感应电流产生的散射电场为Es，无线电接收台站位于场点r。对于均勻媒质空间，根据矢量波动方程和并矢格林函数，可得到图1所示模型中场点 r 处的电场积分方程(EFIE，Electric Field Integral Equation)为
ι .·.
E Ar) = j(m J dr 'g ii\r'Vr(r'.'! — ▽ — | dr 'g\r. r' p( r') = ^\e>u | ch ''Gjj\r'}"Jr{r') (1)
^jflr-r'!式中g(r，r')为格林函数，波数，/i= ‘.Ge(r，
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r')为电场并矢量格林函数，即《GJf，/) = if +,Mi"，/》I为单位算子。将式(1)中的体积分变为面积分，可得到新的电场积分方程
为简化计算量，考虑到线路上的导线、地线的横向尺寸远小于轴向尺寸，可看作细线导线结构，而线路铁塔上的钢制主材和辅材的横向尺寸也比轴向尺寸要�。部山平系母鹘歉挚闯上赶呓峁�。则线路上的感应电流J(r')只是轴向变量的函数，即 J(r' ) = J(I)，因此，将式(1)中的体积分变为线积分，可得到
权利要求
1.一种特高压直流输电线路与无线台站之间防护间距的确定方法，其方法是根据特高压角钢铁塔和架空导线、地线的实际结构，建立特高压直流输电线路无源干扰线-面模型，选择RWG基函数和伽略金检验，采用矩量法求解无源干扰电场积分方程，最终得到距离线路不同远近距离观测点处的无源干扰水平，其具体步骤是第一步骤为保证铁塔感应电流的连续性，有效体现角钢的局部特征，建立基于三角面元的铁塔有或无辅材的三维面模型，铁塔面模型和架空导线、地线线模型组成输电线路无源干扰线-面模型；第二步骤采用垂直极化平面波对建立的输电线路铁塔无源干扰模型进行激励，建立输电线路无源干扰的线、面电场积分方程；第三步骤采用矩量法求解模型所对应的电场积分方程，基函数选择RWG基函数，检验方法选择伽略金检验，计算得到输电线路上的感应电流分布，从而得到特高压直流输电线路对无线台站的干扰水平。
2.如权利要求1所述的特高压直流输电线路与无线台站之间防护间距的确定方法，其特征在于第一步骤中建立的铁塔仿真模型为面模型；若线路架空导线和地线尺寸相对于激励频率为电小尺寸时，可采用线模型，否则需采用面模型。
3.如权利要求1所述的特高压直流输电线路与无线台站之间防护间距的确定方法，其特征在于第二步骤中仿真计算模型采用垂直极化平面波进行激励。
4.如权利要求1所述的特高压直流输电线路与无线台站之间防护间距的确定方法，其特征在于第三步骤中无源干扰电场积分采用矩量法求解，基函数选择RWG基函数，检验方法选择伽略金检验。
全文摘要
本发明涉及一种特高压直流输电线路与无线台站之间防护间距的确定方法，它包括建立特高压交流输电线路无源干扰线-面模型及模型相对应电场积分方程的求解方法。其方法是首先根据线路铁塔的实际空间桁架结构，建立线路无源干扰仿真面模型，结合架空导线、地线线模型，建立输电线路无源干扰线-面模型。采用基于RWG基函数和伽略金检验的矩量法求解特高压直流输电线路上各部分的感应电流，并计算出感应电流所产生的二次辐射强度矢量，与源电磁场叠加，求出特高压直流线路对无线台站干扰水平。通过试验所获得的试验数据对比证明，本发明具有较高准确性，可应用于今后高压输电线路与相邻无线电台站之间无源干扰防护间距的精确求解。
文档编号G01R31/00GK102435873SQ20111026640
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者刘兴发, 唐波, 干喆渊, 张建功, 邬雄 申请人:国网电力科学研究院
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