特高压直流输电工程控制保护系统的初步方案.doc

特高压直流输电工程控制保护系统的初步方案（全面版）资料
2007年1月Power System Technology Jan. 2007 文章编号:1000-3673(200702-0011-05 中图分类号:TM721.1;TM77 文献表示码:A 学科代码:470·4054
特高压直流输电工程控制保护系统的初步方案
石岩,韩伟,张民,王庆
(北京网联直流工程技术,北京市东城区100005
A Preliminary Scheme for Control and Protection System of UHVDC Project
SHI Yan,HAN Wei,ZHANG Min,WANG Qing
(Beijing Wanglian HVDC Engineering Technology Co. Ltd,Dongcheng District,Beijing 100005,China
ABSTRACT:According to the features of main circuit diagram of UHVDC project, the differences between the control and protection system for UHVDC project and conventional HVDC project as well as the special requirements of UHVDC project are analysed. All-round analysis and research on the control and protection system, i.e., the integral structure, control strategy, hierarchy of the structure and redundancy, distribution of control functions and configuration of the protection, etc., are carried out. Then a possible integral scheme of control and protection system for UHVDC project is put forward.
KEY WORDS: UHVDC;control and protection system; converter
摘要:结合特高压直流输电工程的主回路接线特点,分析了特高压直流控制保护系统与常规直流的不同之处以及特殊要求,并对控制保护系统的整体结构、控制策略、分层及冗余、控制功能的分配及保护配置等进行了全面分析和研究,提出了可能的特高压直流控制保护系统的整体方案。
关键词:特高压直流输电;控制保护系统;换流器0 引言
特高压输电具有远距离、大容量、低损耗的优势,是实现我国能源资源优化配置的有效途径,能够取得良好的社会经济综合效益。发展特高压电网可推动我国电力技术创新和电工制造业的技术升级。在我国电网的“十一五”规划中,直流特高压将与交流特高压共同发展,最终成为全国骨干网架的重要组成部分[1-9]。
金沙江一期向家坝、溪洛渡大型水电站的电力外送将采用±800kV直流输电技术,具有比三峡工程更高的直流电压、电流、更远的送电距离和更大的输送容量,其建设将对我国电网的跨越式发展和全国联网格局的形成产生巨大的影响。
对于±800kV直流输电,由于目前世界上还没有成熟技术,在中国乃至世界上仍是一个具有相当多技术难点的工程实践课题。特高压(±800kV直流输电工程对控制保护系统的设计也提出了更高的要求,总体看来,特高压直流输电工程的控制保护系统在原理及实现上与以往常规的±500kV直流输电工程[10-13]并无大的不同;但特高压直流工程的接线方式与常规直流不同,每极采用2个12脉动换流器串联而成,对于特高压直流的这种接线方式,为提高直流系统的可靠性和可用率,对特高压直流控制保护系统提出了新的要求,需要对控制保护系统的整体结构、控制策略、分层及冗余、控制功能的分配及保护配置等进行全面的分析和研究。本文提出了可能的特高压直流控制保护系统的初步方案。
1 特高压直流输电工程对控制保护的新要求
±800kV特高压直流典型的主回路接线如图1所示。对于该种接线方式,±800kV直流系统在以下方面与常规的±500kV直流输电系统有所不同:每一个12脉动换流器均可独立运行。正常运行时,如果有一个12脉动换流器发生故障,由控制系统的相关顺序控制来操作两侧的直流旁路开关,完成故障换流单元的隔离;同时,在发生故障的12脉动换流器故障清除后,控制系统的顺序控制还应在另一个未发生故障的12脉动换流器不停运的情况下,将清除故障后的12脉动换流器投入运行。在上述所有的操作过程中,控制系统通过适当的控制流程,确保对交直流系统不应产生过大的扰动。这就要求特高压直流工程必须在顺序控制方面提供远比常规直流复杂、且功能更加完善的直流顺序控制。

图1特高压直流主回路接线
Fig. 1 Diagram of main circuit of UHVDC
稳态运行时,控制系统应确保串联的2个换流器对称运行。如果不采用专门的控制措施,由于测量误差和控制的非同步性,最坏的情况可能是同极的一个换流器运行在最小触发角、另一个换流器运行在定电流控制的稳态运行工况,实时仿真实验表明,2换流器的端电压之差将达到50kV以上。
考虑到特高压直流承担着远距离、超大容量跨区送电的重任,任何单极的损失意味着常规直流的双极故障,对送受端将产生很大的冲击,因此,应确保直流控制系统任一层的设备故障不会造成直流系统的单极停运。
2 特高压直流控制系统
2.1 特高压直流的基本控制策略
与常规直流相比,特高压直流在基本控制策略上没有大的区别,通常整流侧的快速闭环控制用来控制直流系统的电流,换流变抽头控制用来维持触发角在一定范围内;逆变侧快速闭环控制用来控制熄弧角为给定值,换流变抽头控制用来控制直流电压。由于抽头控制的非连续性,逆变侧采用这种控制策略时,直流电压的控制偏差将由测量误差和抽头的步长共同构成,采用高压端换流变和低压端换流变的非同步抽头控制,可将抽头引起的电压偏差减小一半。
逆变侧还可采用快速闭环控制来控制直流电压,换流变抽头控制用来维持熄弧角在一定范围内。此时直流电压的偏差仅由测量误差引起,但这种控制策略将造成换流站无功消耗有所增加,将使交流滤波器和无功补偿设备的总容量有所增加,经济性略差。
上述2种控制策略在我国的常规直流工程中均有采用,特高压直流的控制策略也可采用其中的1种。
2.2 控制系统结构及功能划分

(1直流系统的保护应与控制系统相对独立;如果直流极控制与极保护统一设计实现时,极保护与极控制系统应采用不同的主机,换流变、交流滤波器和直流滤波器的保护独立配置。
(2直流控制保护系统的分层结构应保证控制、保护以每个12脉动换流单元为基本单元进行配置,各12脉动换流单元的控制功能的实现和保护配置要保持最大程度的独立,以利于单独退出单12脉动换流单元而不影响其它设备的正常运行;同时各12脉动控制和保护系统间的物理连接不要过于复杂。
(3控制保护系统单一元件的故障不能导致直流系统中任何12脉动单元退出运行。
(4在高层控制单元故障时,12脉动控制单元应能仍然维持直流系统的当前运行状态继续运行或根据运行人员的指令退出运行。
(5特高压直流输电的控制应完全双重化。双重化的范围应从测量二次线圈开始包括完整的测量回路:信号输入、输出回路,通信回路,主机,以及所有相关的直流控制装置。双极、极和换流单元层以及阀冷却系统都要按双重化的原则配置控制装置。
直流控制系统在控制功能上分为双极控制层、极控制层、换流器控制层,各层次的功能结构划分如图2所示。从物理层次的划分来看,12脉动阀组控制层应单独配置主机,而双极控制层与极控层可合并在1台控制主机里,也可独立配置主机。
保护
CCTV
等
SER—事件顺序记录;VBE/VCU—阀基电子设备;G1—换流单元1;G2—换流单元2
图2特高压直流控制保护系统的整体结构
Fig. 2 Integral structure of control and protection system for UHVDC system

(1双极控制层。全站无功功率控制功能;极功率/电流指令计算(含过负荷限制;极间功率转移控制功能;接地极电流平衡控制功能等。
(2极控制层。低压限流控制功能;电流裕度补偿功能;极电流限制功能;极电压、电流协调控制功能;阀组电压平衡控制功能;直流开路试验功能;直流滤波器投切顺序控制功能;极层的直流起停顺序控制功能和联锁功能;极层的开关联锁功能;极层的换流变压器分接头控制功能;直流线路故障重启动控制功能等。
(3换流器控制层。点火角脉冲控制功能(包括角度限制和点火脉冲发生器等;换流器闭环触发控制(包括电流、电压和熄弧角控制;换流器层的分接头控制功能;换流器层的起停控制功能;换流器层的解锁/闭锁和紧急闭锁顺序控制功能;换流器层的开关控制和阀厅联锁功能等。
2.3 换流器投退的控制策略

对于换流器的投退,有2种不同的控制策略:①基于换流器的端电压控制策略;②采用固定触发角的控制策略。策略①类似于零功率试验,在换流器投入过程中触发角接近90°(考虑系统和换流变的换相电抗的影响,通常为84°左右,对系统的无功冲击大;策略②采用触发角为70°来控制换流器的投退,较策略①对系统的无功冲击小,但旁路开关在断开的初始阶段要承受额定直流电流。

(1投入串联阀组的控制策略。
初始状态:单极接线如图3所示,单极中换流单元V2运行,换流单元V1准备投入。投入换流单元V1的顺序控制步骤如下:
1投入阀组前先进行开关操作。合隔离开关C2、C3;合高速旁路开关C4;断开隔离开关C1。
2阀组V1解锁,零功率方式控制电流升至定值I d,旁路开关C4的电流向阀组V1转移,最终C4中只有纹波电流。
3断开旁路开关C4。
4整流侧保持定电流控制,逆变侧升直流电压,使整流侧的极电压达到额定值,极进入双12
脉动换流单元串联运行状态。
(2退出串联阀组的控制策略。
初始状态:如图3所示,单极中换流单元V1和V2串联运行,换流单元V1准备退出运行。退出换流单元V1的顺序控制步骤如下:
1控制换流单元V1的直流端电压为零。
2合高速旁路开关C4。
3控制换流单元V1的直流电流降低至零,换流单元电流转移至旁路开关C4。
4换流单元V1闭锁。
5退出阀组V1并进行开关操作。合隔离开关C1;断开高速旁路开关C4;断开隔离开关C2、C3;该单极进入单换流单元V2运行状态。

图3 单极采用双12脉动串连的接线
Fig. 3 Circuit diagram for one pole with two 12-pulse
converter in series

(1投入串联阀组的控制策略。
初始状态:如图3所示,单极中换流单元V2运行,换流单元V1准备投入。投入换流单元V1的顺序控制步骤如下(整流侧、逆变侧开关的操作过程和步骤相同:
1合隔离开关C2、C3。
2合高速旁路开关C4。
3断开隔离开关C1。
4逆变侧。发断开高速旁路开关C4的指令,指令发出30ms后以触发角70°解锁换流阀V1。
5整流侧。在逆变侧解锁后20ms时(假定直流站间的通道时延为20ms立即发断开高速旁路开关C4的指令,指令发出30ms后以触发角70°解锁换流阀V1。
6整流侧保持定电流控制,逆变侧升直流电压,使整流侧的极电压达到额定值,极进入双12脉动换流单元串联运行状态。
(2退出串联阀组的控制策略。
初始状态:如图3所示,单极中换流单元V1和V2串联运行,换流单元V1准备退出运行。退出换流单元V1的顺序控制步骤如下:
1按以下方法闭锁整流和逆变侧将要退出的阀组。控制触发角为70°,假定此时t=0ms;t= 10ms时投旁通对,合高速旁路开关C4;t=60ms 时闭锁换流阀。
2合上隔离开关C1。
3断开旁路高速开关C4。
4断开隔离开关C2、C3。
该单极进入单换流单元V2运行状态。
3 特高压直流保护系统
3.1 特高压直流保护的特点
特高压直流输电工程换流器接线将从传统的单12脉动换流器改为双12脉动换流器结构,同时每个12脉动换流器直流侧并联安装高速旁路开关和旁路刀闸,如图1所示,采用这种结构后,主回路会有更多运行方式可以选择,提高了整个系统运行的灵活性和可用率。同时保护的配置将更为复杂并且考虑的因素也更多,例如保护测点的配置、双12脉动阀组联接母线区域的保护、运行方式改变时,保护判据中保护信号的更改即保护的适应性问题等。
特高压直流系统保护的配置从硬件配置到软件配置都要着重考虑,直流保护要独立于其它的设备,并在物理上和电气上独立于控制系统;直流保护装置的输入回路、测量回路要相应分开;与换流器相关的保护要按单12脉动阀组独立配置,增加单12脉动阀组运行的独立性,便于单12脉动阀组的投入、退出或检修与运行维护;涉及影响双极正常运行的双极区域的保护应适应双极区域主接线布置方式,尽最大可能减小双极区域故障后双极停运的可能性;保护设备的冗余配置要做到每一套保护都独立,单套保护有能力保证单一元件损坏本套保护不误动,每套保护防误动与拒动不依赖于其它套保护,保证设备之间关系简单,易于维护。
3.2 特高压直流保护分区
特高压直流保护所覆盖的区域包括换流阀、直流场(包括直流极和双极设备、直流滤波器、直流极线、直流地极线、高速旁路开关、换流变压器、换流母线及与换流变压器相连的交流断路器之间的区域,交流滤波器组及与交流滤波器组相连的交流断路器之间的区域,区内所有设备均应得到保护。
考虑到特高压直流输电采用每极双12脉动换流器串联构成,每个12脉动换流器有旁路开关,为减小单极停运的次数,双12脉动换流器允许单12脉动换流器退出运行后另一个12脉动换流器继续运行,为减小双极停运的次数,双极区域的故障应通过优化双极区接线方式或考虑全面的保护动作策略来最大可能地减少双极停运,因此保护分区的原则如下:
(1影响单12脉动换流器正常运行的故障退出故障换流器。
(2影响单极正常运行的故障退出故障极。
(3双极保护区的故障退出双极,但要采取措施尽量避免双极故障退出运行,保证运行的可靠性。
基于以上保护分区的原则,特高压直流输电的保护分区包括:12脉动换流阀保护区;极保护区(包括极母线区、中性母线区、直流滤波器区、直流线路区;12脉动联母保护区(包括12脉动换流器旁路开关、12脉动换流器联结母线;双极保护区(包括双极连接区、接地极线区、金属回线区;换流变压器保护区;交流滤波器保护区。
12脉动换流阀保护区配置的保护有阀短路保护、12脉动换流器差动保护、换相失败保护等常规直流应配置的保护,对于高速旁路开关位于阀厅内或阀厅外时,对应的保护配置及分区也会有所区别。阀短路保护动作后,一种选择是停运极,另一种选择是本级暂时降功率(order down,待故障的换流阀隔离后,另一个健全的12脉动换流阀再升功率至故障前的值;其余12脉动换流器保护只停运对应的换流器。
极保护区包括极母线、中性母线、直流滤波器、直流线路,该保护区的故障会引起单极的停运。该保护区配置的保护有极母线差动保护、极差动保护、中性母线差动保护、线路保护等,该保护区所配置保护的保护判据也与运行方式有关,对于极母线差动保护,当高压12脉动换流器运行时,其判据所取的值为高压12脉动换流器出口电流互感器电流与线路出口电流的差,但当高压12脉动换流器退出运行时,其判据所取的值就需要发生改变,其值变为低压12脉动换流器出口电流互感器电流与线路出口电流的差。
12脉动联结母线保护区包括12脉动换流器旁路开关、12脉动换流器联结母线,该保护区配置的保护有联母差动保护、换流器旁路开关保护等,该区域的设备是特高压直流比常规直流新增加的部分设备。该保护区域的故障可能引起单12脉动换流器退出运行也可能引起单极的故障停运。
双极保护区的接线方式与常规直流相比没有多少区别,双极保护区配置的保护有双极中性线差动保护、站内接地开关保护、转换开关保护等。对于特高压直流而言,由于双极保护区域故障引起双极停运后对系统的冲击较大,对双极区域可靠性的要求就更高,因此常规直流双极区域的接线方式对于特高压直流而言就显得有些简单,因此需要考虑特高压直流双极区域可能的其它接线方式,以便双极区域出现故障时,能够通过开关的操作隔离故障而不引起双极停运。
换流变压器保护区配置的保护有变压器差动保护、换流变过流保护等,该保护区域的保护只影响12脉动换流器的运行而不会引起单极的停运。对于换流变非电量保护应主要考虑其动作的可靠性,初步考虑所有引起换流器闭锁的非电量保护均配备3对接点,在保护中采用由硬件实现的3取2逻辑,以保证其动作的可靠性。
交流滤波器保护区配置的保护与常规直流没有太大区别,其中需要考虑的问题是当双极故障停运后交流滤波器的切除方式,以免引起交流系统的过电压和交流滤波器大组开关的损坏。
4 结论
与常规高压直流输电控制保护系统相比,特高压直流输电控制保护有以下方面的差异和新要求:
(1需要专门和完善的顺序控制来实现12脉动换流器的正常投退和故障退出。
(2在稳态情况下,需要专门的控制措施来保证串联的2个12脉动换流器的对称运行。
(312脉动换流器应配置独立的控制设备。
从技术和设备制造来看,特高压直流控制保护不存在难以逾越的技术障碍。本文提出的特高压直流二次系统的初步方案,为技术规范书的编制和设备研制提供了有益的参考。
参考文献
[1] 刘振亚.特高压直流输电技术研究成果专辑(2005年[M].北
京:中国电力出版社,2006.
[2] 刘振亚.特高压交流输电技术研究成果专辑(2005年[M].北
京:中国电力出版社,2006.
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2021特高压输电技术国际会议论文集 1
特高压交流输电线路的
无源电磁干扰计算的方法及其应用
赵志斌 1,崔翔 1,张小武 2,邬雄 2
(1.华北电力大学电力工程系 河北保定; 2.国网电科院 湖北武汉
摘要:架空输电线路的导体产生的散射作用会影响周围电磁 波的传播, 输电线路与短波通讯台 (站 之间必须保持一定 的防护间距已保证输电线路产生的无源干扰不会影响通讯 台(站的正常工作。本文研究了入射电磁波在 1000kV 特 高压交流输电线路、 架空地线以及铁塔上产生的电磁散射对 附近无线电台站的无源干扰问题, 采用基于线天线电磁场计 算的矩量法程序 NEC 进行仿真计算。利用该方法对短波频 段内不同类型的特高压输电线路的无源干扰水平进行了计 算分析, 得到了特高压输电线路的避让距离。 最后通过与特 高压线路缩比模型的试验值进行比较验证了本文所提避让 距离的正确性。
关键词:特高压;短波无线电台站;无源干扰;避让距离 0 引言
电力传输系统对各种无线通信的影响主要在 于以下两个方面:
1、电晕效应和间隙火花放电引起的无线电干 扰噪声落入无线电台站的工作频段,且随着气候条 件的变化有较大的起伏 ;
2、高压输电线路作为一种高大的金属物体, 可对空间电磁波产生反射和再辐射,从而构成无源 干扰 ;
由电晕放电产生的干扰称为有源干扰。有源干 扰水平通常依据基于大量测试数据得出的 CISPR Pub No.18推荐公式确定,一般认为距电力线路 100m 以内,每倍程衰减 10dB , 100m 以外,每倍 程衰减 6dB 。电力线路和铁塔的存在,特别是高压 电力线路的架设,造成无线电波在电力线路和铁塔 上的散射和反射,称为无源干扰。随着电力线路架 设高度和密度的增加,无源干扰问题日益成为影响 通信质量的主导因素。
针对电力线路对无线电通信的无源干扰问题, 美国 [1-3]、加拿大 [4]、日本 [5-7]等国从上世纪六十年 代就展开了电力线路对 MF [2]、 VHF/UHF[1,6-7]、米 波 [3]等不同频段信号影响的相关研究, 研究对象涉 及无线电广播 [5]、 雷达导航 [3]等多个领域。 1996年, IEEE 专门公布了电力线路对调幅广播台站影响预 测和测量的标准 [8]。
文献 [9]总结了国内在 1990年前后就开始了关 于电力线路对短波通信的无源干扰影响的研究工 作及其相关结论。经过这些研究,最终形成了我国 现行的不同无线电台站电磁环境防护标准。
目前解决高压输电线路对无线电台站无源干 扰问题的一般方法是按照 现行的不同无线电 台站电磁环境防护标准中提出的防护间距,来判定 高压输电线路是否对无线电台站造成无源干扰影 响。如果相互距离小于标准防护间距,则需采取改 变输电线路路径或搬迁无线电台站等措施,以满足 防护要求。但是这些标准由于制定时间均在 15年 前, 对于目前的现状存在局限性。 如在 标准 《短 波 无 线 电 测 向 台 (站 电 磁 环 境 要 求 》 (GB 13614-1992中,规定 500kV 超高压输电线路对短 波无线电收信台无源影响的防护间距必须大于 2000m ,而其它垂直接地导体与短波无线电收信台 的防护间距必须大于 60Dl (Dl 为垂直接地体的高 度 。而在日本,这一数值只有 30Dl 。以我国最近 投运的 1000kV 交流特高压输电线路的铁塔为例, 其铁塔高度都超过 50m ,如果采用 60Dl 的防护间 距,则 1000kV 交流特高压输电线路与短波无线电 测向台的防护间距必须大于 3000m 。 这一防护距离 远远大于 500kV 超高压输电线路与短波无线电测 向台 2000m 的防护间距。 如此大的防护间距必然对 涉及到的双方都难以接受。并且现行的不同无线电 台站电磁环境防护标准都是针对 500kV 及以下电 压等级的交流输电线路,对特高压输电线路没有相 关的规定。
随着计算机和数值计算技术的发展,数值方法 广泛应用于对这一问题的分析 [3,10-16]。 文献 [14]使用 了 NEC (Numerical Electromagnetics Code软件建 立铁塔和线路模型研究广播接收台受到的无源影 响。正是在此基础上,目前国内主要采用 NEC 或
2 特高压交流输电线路的无源电磁干扰计算的方法及其应用
FEKO 等基于矩量法或快速多极子法的计算软件进 行仿真计算,并且已经在特高压直流 [15]和交流 [16]输电线路的无源干扰计算中取得了成果。
本文以文献 [14-16]的方法为基础根据背景电 磁噪声增量限值的要求对特高压交流缩比线路模 型进行了计算,并通过与测量结果相比较验证了算 法的有效性,最后得到了特高压输电线路对不同无 线电台站无源影响的防护间距。计算结果表明短波 频段内交流特高压输电线路无源干扰的防护间距 可以采用现有 500kV 交流高压输电线路影响防护 间距作为标准。
1 特高压输电线路防护间距计算方法
1.1 允许背景电磁噪声增量
国内对无线电台站与输电线路间防护距离的 确定主要采用允许背景电磁噪声增量控制的方法。 即规定架空线路架设后对空间场的影响不能超过 规定的背景噪声增量。短波无线电测向台、短波无 线电收信台的允许背景电磁噪声增量以及 500kV 超高压输电线路无源影响的防护间距,如表 1所示 [17-19]
。我们可以根据允许背景电磁噪声增量确定 1000kV 交流特高压输电线路的防护距离。
表 1 不同无线电台站允许背景电磁噪声增量和
500kV 交流高压输电线路影响防护间距
无线电台站
允许背景电磁噪声增量
(dB
防护间距(m
短波无线电测向台 一级 二级 短波无线 电收信台 三级 1.2 电磁噪声增量计算方法
电磁噪声增量计算主要是考虑输电线路的电 磁散射对无线电信号的影响。可以将输电线路对无 线电台站的无源干扰均定义:
20lg i s E
S E = (1
式中, E s 表示某频率的入射信号在考虑输电线 路影响是在观测点产生的空间电场强度; E i 表示无 输电线路时该信号在观测点产生的空间电场强度。 1.3 无源干扰计算模型
由于无线电信号多为垂直极化的形式,线路的 无源干扰主要是由垂直地面的杆塔散射产生,所以 将垂直极化的均匀平面波作为信号源。当某一频率 的平面波沿不同角度入射时,分别计算出接收天线 与输电线路处于一定距离情况下,存在线路前后的
电场强度 E i 和 E s ,利用式(1计算不同入射角对 应的无源干扰水平,将干扰水平最大值看作这一频 率和防护间距对应的无源干扰水平。
计算时分为两种情况考虑。一方面,假设发信 台采用垂直振子发射天线,研究频率在 1MHz ~30MHz 范围内各频率下发射天线与 1000kV 特高压 交流输电线路不同距离时的无源干扰问题;另一方 面,假设电磁波的入射方向垂直于 1000kV 特高压 交流输电线路,电磁波的入射电场强度以垂直大地 的方式极化, 研究频率在 1MHz ~30MHz 范围内各 频率下接收天线与 1000kV 特高压交流输电线路不 同距离时的无源干扰问题。分别构建模型如下:
发射天线无源干扰的计算模型如图 1(a所示, 接收天线在虚线构成的圆形计算区域上改变位置, 分别计算出发射天线与架空输电线路不同距离情 况下,是否存在铁塔和输电线路时电场强度的变化 规律; 接收天线无源干扰的计算模型如图 1(b所示, 在入射电磁波沿不同方向角入射,分别计算出接收 天线与架空输电线路在不同距离情况下,是否存在 铁塔和输电线路时电场强度的变化规律。
(a 发射天线无源干扰计算模型示意图
(b 接收天线无源干扰计算模型示意图
图 1 无源干扰计算模型示意图
2 交流特高压输电线路防护距离
利用本文的算法对直线塔单回线路、猫头塔单 回线路和鼓形塔双回线路三种不同类型的特高压 输电线路对短波台站的无源干扰水平进行了计算。
各频率和塔型情况下的无源影响方向图基本 类似。 图 2给出了频率为 5MHz 时鼓形塔构成的双
发射天线
计算区域
铁塔及导线模型
接收天线位置
2021特高压输电技术国际会议论文集 3
回线路与输电线路不同距离时的无源影响方向图。
图中上方对应图 1中的为接收台站一侧,粗线段表
示输电线路的位置。从图中可以看出,不同入射角
的无源干扰水平具有较明显的区别,并且防护间距
不同时最大干扰水平对应的入射角也不尽相同。干
扰水平随着间距的增大而减少, 由 500m 时的 0.5dB
下降到 2000m 时的 0.2dB 。
根据全部计算结果,在输电线路防护间距固定
时选取其在短波频段范围内不同频率的最大无源
干扰水平,绘制各种类型的线路在不同防护间距条
件下的无源干扰水平包络图,如图 3所示。鼓形塔
对线路对应的无源干扰水平最大,猫头塔线路次
之,直线塔最小,这是因为双回塔高度最高而直线
塔最低,而杆塔的高度直接影响其电磁散射效果。
此外,各种类型线路的无源干扰水平随距离的增加
快速下降, 当距离大于 2000m 时均明显小于 0.5dB 。
如果将 1000kV 交流特高压输电线路对无线电
台站的无源影响看成无线电台站的背景电磁噪声
增量,利用表 1列出的不同无线电台站的允许背景

(1 d=500m (2

d=1000m

(3 d=1500m (4 d=2000m
图 2 5MHz时距台站不同距离时无源干扰水平

(a 短波频段内输电线路对收信台最大无源影响的包络线

(b 短波频段内输电线路对发信台最大无源影响的包络线 图 3 不同类型输电线路无源干水平扰包络线
电磁噪声增量,兼顾图 8的计算结果,可以确定和 提出 1000kV 交流特高压输电线路对不同无线电台 站的防护间距,如表 2所示。
表 2短波频段不同无线电台站允许背景电磁噪声增量与 1000kV 交流特高压输电线路无源影响防护间距 无线电台
站等级
允许背景电磁噪声
增量(dB 距(m
500kV 超高压输电线路 (m 一级
二级

三级
未定
3 计算结果验证
为了验证本文所采用的计算方法,我们对一段 交流超高压输电线路缩比模型的无源干扰水平进 行了测试和相应的计算。
输电线路缩比模型与实际特高压线路的比例 为 1:30,鼓形塔模型高度为 1.85米,档距为 15米。测试线路的布置如图 4所示,在康西草原的一 块开阔地,由发射天线提供垂直极化的入射波,利 用对数周期天线测量距地面 1m 处的空间电场强 度。将发射天线和接收天线之间的距离固定为 100米,输电线路模型布置在两个天线之间,线路距发 射天线的距离(d 可变。为避免过大的背景噪声 可能产生的影响,选择发射天线工作频率为 300、 500、 600、 800MHz 。固定天线的发射功率,分别
图 4交流超高压输电线路缩比模型示意图
4 特高压交流输电线路的无源电磁干扰计算的方法及其应用
测量不存在输电线路时接收天线所在位置的场强
E i 和存在输电线路时的场强 E s , 并计算此种情况下
输电线路的无源干扰水平。表 3给出了只有铁塔时
的测试结果,表 4给出了铁塔和线路都存在时的测
试结果。
表 3试验线路无源干扰水平(只有铁塔
测试频率(800无线路时场强 (dBuV/m6.7 8.8 最大影 响值
测试 结果 有线路
时场强
(dBuV/
m
距发射
天线
(m
表 4试验线路无源干扰水平(铁塔和线路 测试频率(800
无线路时场强 (dBuV/m6.7 8.8
最大影 响值
测试 结果
有线路
时场强
(dBuV/
m
距发射
天线
(m
从测试结果可以看出,在测试的频点中均没有
超过表 2的背景噪声增量。从而验证了表 2防护间 距的合理性。
4 结论
通过本文研究,同时考虑到 1000kV 交流特高 压输电线路的其他因素可能产生的影响,从偏严和 保护环境的角度出发,建议在短波频段内 1000kV 交流特高压输电线路对不同无线电台站无源影响 的防护间距为:一级无线电台站仍采用 500kV 超高 压交流输电线路 标准规定的防护间距,即 2000m ;二级无线电台站选 1000m ;三级无线电台 站选 500m 。最后通过缩比模型试验验证了本文提 出防护间距的有效性和正确性。
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