高压交流架空输电线路对航空无线电中波导航台站有 ... - 湖南无线电管理

1、高压交流架空输电线路对航空无线电中波导航台站有源干扰的评估杨露 吴楷引言近年来，为适应航空运输业务迅猛增长的需要，多地正计划新建或改扩建机场。在新建或改扩建工程的前期工作中需要进行机场拟设台站的电磁环境测试，测试评估高压交流架空输电线路对航空无线电中波导航台站的有源干扰是其中重要内容之一。1 高压交流架空输电线路无线电有源干扰特性1.1 概述高压输电线路的无线电干扰可分为有源和无源两大类：有源干扰主要是导线或线路器件表面电晕放电以及线路间隙火花放电的电磁辐射；无源干扰主要是线路及塔杆等大型金属器件对空中其他无线电信号的屏蔽和反射。电晕放电是由于导线表面电场强度较高引起空气电离而发生的放电现象；

2、间隙火花放电是线路因接触不良或导线受到腐蚀而发生的弧光放电和火花放电现象。电晕放电是高压输电线路有源干扰的主要干扰源1,2，本文着重讨论因电晕放电引起的有源干扰。无源干扰需要考察线路及塔杆存在前后的空间电磁场的变化，不同情况下需具体分析，本文暂未加以讨论。1.2 电晕放电的起始条件及电晕效应当导线表面的电场强度超过电晕的起始场强时，在输电线表面就会形成电晕放电。圆柱形导线电晕起始场强可采用皮克公式来计算2： 其中：为圆柱形导线电晕的起始场强（kV/cm），为导线半径（cm），为空气相对密度（对于标准大气条件和温度20，1）。输电线电晕放电的影响主要有以下几方面：电晕放电伴随有声、光、热效应，表

3、现为可听的“嗞嗞”声、蓝色晕光及导线周围空气温度升高等；电晕放电会在线路周围空气中产生化学反应，产生臭氧及氧化氮等产物，会对线路造成损伤或腐蚀；电晕放电会造成线路传输能量的损失；电晕放电会产生高频脉冲电流，会辐射出大量电磁波造成无线电干扰。1.3 高压交流输电线路的无线电干扰水平计算1.3.1 基准干扰场强高压交流输电线路电晕放电的数学模型是以基准无线电干扰场强的测量结果为基础的，基准干扰场强是采用符合GB/T6113.101-2008无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范要求并经有效计量检定的仪表在距高压输电线路边相导线水平距离20m处（接收天线距地面高度2m）对0.5MHz基准测试频率的

4、测量值3。基准无线电干扰场强的测量应在多种气象条件下测量，在每一种气象条件下的测量次数应与该地区气象条件出现的频度成正比。当不具备上述测量条件时，基准无线电干扰场强也可只在好天气或者是持续强降雨（6/h）的条件下测量4。全气象条件下80%基准无线电干扰场强值高于好天气50%的值515dB，低于持续强降雨50%的值512dB。基准干扰场强也可以通过相关经验公式估算5，下面以三相单回输电线路为例进行说明。距边导线水平投影20m并离地面高2m处、频率0.5MHz、好天气、50%基准无线电干扰场强按下式计算： 其中，是距边导线水平投影20m并离地面高2m处i相导线的基准无线电干扰场强（）；是i相导线最

5、大表面电场强度有效值（kV/cm）；是i相导线或分裂子导线半径（cm）；是i相导线分别距边导线水平投影20m并离地面高2m处的直接距离（m）。根据上述公式计算出每相导线的干扰场强，若其中一相大于其他两相3dB以上，则取该最大值为无线电干扰场强，否则按下式计算： 其中，、代表三相中两相较大的场强值。1.3.2 频率特性电晕放电所形成的脉冲电流含有丰富的高频成分，随着频率的提高,其频谱分量减小。根据大量测量的结果统计出的输电线路电晕放电的频谱特性主要在0.154MHz范围1。频率为时（0.154MHz）的辐射场强频率修正值： 其中，为无线电干扰的频率修正值（dB），为频率（MHz）。输电线路电晕放

6、电0.154MHz范围的频谱特性对频率为30MHz以上信号的干扰较微弱，但对中、短波信号通信及无线电导航存在干扰。1.3.3 横向距离特性电晕放电产生的能量以电磁波的形式辐射，我们主要考虑电磁波沿线路正交方向的辐射，即横向传播。横向传播的衰减采用下述方法计算：当距离时，输电线路无线电干扰距离修正值如下： 其中，为无线电干扰的距离修正值（dB），为无线电干扰横向衰减系数，为计算点距边导线的距离（m）。当距离时，距离修正值如下计算： 无线电干扰横向衰减系数如下表6：表1 输电线路无线电干扰场强的横向衰减系数频率（MHz）0.150.40.41.730100100300衰减系数1.81.651.21

7、.01.3.4 雨天无线电干扰增量对于电晕放电的雨天无线电干扰增量，在我国东北地区测得的最大值为10dB左右，西南地区为68dB6。GB13617-1992短波无线电收信台（站）电磁环境要求建议取15dB。根据大量的测试数据3，空气湿度每增大10%，无线电干扰场强增大约0.69dB（标准差为0.08dB）。综合考虑好天气、50%场强与全气象条件、80%场强之间的换算，本文中取12dB。因此，距离边导线（m）处，频率（MHz）的80%无线电干扰场强计算公式为： 1.4 有源干扰限值根据GB15707-1995高压交流架空送电线无线电干扰限值的规定，距边导线投影20m处0.5MHz无线电干扰限值（

8、80%的时间，具有80%的置信度不超过的规定值）如下表：表2 GB15707-1995规定的无线电干扰限值电压等级kV110220330550无线电干扰限值dBV/m465355对其他等级的高压交流架空送电线无线电干扰限值在国标中未明确规定，CISPR 18号出版物只建议了限值的定义和制定限值的规则，其他国家对100kV以下的高压线路的干扰限值一般取3440（取限值条件异于GB15707-1995）,1000kV交流特高压线路，我国暂取限值587。2 航空无线电中波导航台站的干扰防护2.1 航空无线电中波导航台站简介航空无线电中波导航包括地面中波导航台和机载无线电罗盘，工作频段为150700k

9、Hz。中波导航台是发射垂直极化波的无方向性发射台，包括机场近距导航台、机场远距导航台和航线导航台，近距台和远距台通常设置在跑道中心延长线上，近距台距跑道端9001200 m、远距台距跑道端650011000m，航线台设置在航路或航线转弯点、检查点和空中走廊进出口8。机载无线电罗盘接收中波导航台发射的信号，测定飞机与中波导航台的相对方位角，用以引导飞机沿预定航线飞行、归航和进场着陆。评价高压交流架空输电线路对航空无线电中波导航台站的有源干扰，主要考察其对机载无线电罗盘的干扰，因为电磁干扰的最终效果是由机载无线电罗盘指示的准确度和稳定性体现出来。GB6364-1986航空无线电导航台站电磁环境要求

10、规定中波导航覆盖区域内对各类有源干扰的防护率为15dB，这是对机载无线电罗盘来讲的。防护率是保证导航接收设备正常工作的接收点处信号场强与同频道干扰场强的最小比值，本文用（dB）表示。该标准同时规定了中波导航台覆盖区内最低信号场强（用表示，dBV/m）：在北纬40°以北为37，在北纬40°以南为42。因此，导航接收设备接收点处最低信号保护场强可如下表示： 2.2 防护间距根据定义5：防护间距是为保障无线电台正常工作而规定的无线电台天线边缘至输电线路的最小间距。事实上，本文根据导航接收设备的最低信号保护场强来计算防护间距，即在空间某一点的高压交流输电线路的有源干扰场强要小于导航

11、接收设备在该点的最低信号保护场强： 因高压交流输电线路无线电干扰在100m内和100m外的横向距离特性计算方法不一样，考虑时，并根据式和式：若有，则按式计算，防护距离（m）为： 若有，则按式计算，防护距离（m）为： 3 湖南芷江机场周边110kV交流架空输电线路对中波导航台站有源干扰的测试评估 湖南芷江机场计划进行扩建，机场跑道拟向东北方向延长600m，而目前机场跑道东北方向航线下方较近距离内部署有多条35kV、110kV高压交流输电线路，因此扩建时需要综合考虑这些线路有源干扰对中波导航的影响，本文以东北方向距现有机场跑道端3.62km的怀化至芷江（怀芷）110kV交流输电线路为例进行说明。高

12、压交流架空输电线路有源干扰的测试主要是测试线路的基准干扰电平，GBT 7349-2002高压架空送电线、变电站无线电干扰测量方法中明确规定了测量仪器、测量条件以及测量数据，对测试的数据进行统计分析后能得到满足双80%原则的线路基准干扰电平。采用上述方法，我们测得“怀芷”110kV交流输电线路80%的基准干扰电平（雨天无线电干扰增量取12dB）。同时，根据该方法我们对0.1530MHz一组频率进行了测试，剔除火花放电、线路载波等强干扰点后绘制的曲线如下：图1 怀芷线干扰场强与频率关系“怀芷”110kV交流输电线路高压导线型号：LGJ-240/30、水平布线、导线表面最大电位梯度（有效值）12.6

13、6kV/cm、导线高度为20m。根据1.3节，基准干扰电平也可采用相关经验公式计算得出约为33.4 。根据测试所得的基准干扰电平，雨天无线电干扰增量取12dB、中波导航频率在0.19MHz，依据2.2节计算防护间距约为98.9m。模拟计算机场跑道延长后飞行的下滑线，飞机离“怀芷”线的最近距离约为140m，因此从有源干扰的角度，该高压输电线不会影响机场的扩建后飞机的飞行。本文是采用中波导航台最低信号保护场强计算干扰防护间距的保守计算方法，实际上越靠近机场跑道空中中波导航信号场强就越强，要远大于最低信号保护场强，因此保证机载罗盘正常工作所需防护间距也远小于98.9m。考虑中波导航信号任意点场强的计算公式9： 其中，为空间某点处中波导航信号场强（dBV/m），为导航台有效辐射功率（dBw），为该点与导航台天线的距离（km）。通过式、式，当为20 dBw、导航信号频率为0.19MHz、近距中波导航台距“怀芷”线2.12km时计算该高压线路上方的高度140m（飞行下滑线与高压线路的最