无线电干扰 PPT课件

1 无线电干扰场强测量 2 1无线电干扰源 1无线电干扰源1 1窄带辐射与宽带辐射电磁波 电磁辐射 有两个特征量 频率与电磁场强度 简称场强 对于光波这种电磁波 频率相当于颜色 亮度相当于场强 频谱指场强随频率的分布 彩虹显示了太阳光的频谱 即不同颜色的亮度分布 单色光只有一种频率成份 组成彩虹的各种颜色光均为单色光 太阳光不是单色光 3 辐射的窄带与宽带是指其频谱范围的宽窄而言的 太阳辐射属于宽带辐射 中短波广播 调频广播 电视 中短波通信 移动通信 手机 对讲机 基站 微波通信等作为信息载体的辐射属于窄带辐射 无线电管理委员会对各广播电视 通信系统分配频率资源 各系统的辐射能量集中在所分配的频带内 并严格控制带外发射能量 不同系统工作在不同频率 不会互相干扰 4 脉冲波辐射属于宽带辐射 脉冲越窄 持续时间越短 频谱范围越宽 雷电 火花放电等属于脉冲放电 频谱均很宽 雷雨闪电时所有波段的收音机 电视机都会有大的杂音 说明闪电所发射电磁波的频谱很宽 路过的汽车 摩托车 因为带有火花点火装置 可造成电视的条纹干扰 也是日常生活经常遇到的干扰现象 工业 科学 医疗及家用的电磁能应用设备有一定的工作频率 但所泄漏的辐射有些属于宽带辐射 最常见的是塑料热合机 宽带辐射可对广播电视 通信系统的信号接收机造成干扰 5 1 2电磁环境测量对象与目的分类 在电磁环境测量中 我们关心两类电磁辐射 一类是强电磁场 测量目的是保护人体健康 一般采用宽带的综合场强仪 测量电磁场强度的均方根值 另一类是较弱的电磁场 它的存在可能影响家用电器等的正常工作 造成电磁干扰 按照有关国际标准和国家标准 应该测量其场强的准峰值 其测量系统属于窄带测量仪表 测量主机可采用准峰值检波的测量接收机 干扰场强仪或频谱分析仪 6 1 3自然界干扰源 包括雷电 大气层的电场变化 电离层变化以及太阳黑子 耀斑的电磁辐射等 7 放电干扰源都是宽带干扰源 较常见干扰源按放电机制分为以下四类 1 电晕放电 最常见的是高压交流架空线的电晕放电 干扰电平随频率升高而衰减 2 火花放电 汽车及摩托车火花点火装置 雷电 电气开关通断 秋冬衣服上的静电放电 汽车及摩托车是实测时最常遇到的干扰源 比如在220kV闽清变电站运行期无线电干扰监测时 1 4放电干扰源 8 乡间道路上频繁地有摩托车经过 几乎有一半以上的时间无法测量 使用柴油的机动车没有这种干扰 3 辉光放电 霓虹灯 日光灯 荧光灯 频率一般为超高频 300MHz 4 弧光放电 金属电焊 强光光源 医用紫外线源 汞弧灯 电气化铁道 主要频率范围0 15MHz 150MHz 电气化铁道干扰场强测量频率直至1000MHz 9 2测量方法与标准 从可能干扰电子设备的角度看 无线电噪声也称为无线电干扰 本培训材料不加区分 10 2 1 高压交流架空送电线无线电干扰限值 GB15707 1995 1 基本限值距边导线投影20m处 频率为0 5MHz时 110kV 220 330kV 500kV电压等级的无线电干扰限值分别为46 53 55dB V m 频率为1MHz时 限值分别减去5dB V m 即41 48 50dB V m 根据现场实测经验 在省内1MHz频率的测量结果一般较高 常常高于0 5MHz的测量值 原因是在该频点其它干扰常常较多 因此一般采用0 5MHz的测量频率 11 该限值的含义是 干扰场强在80 时间 具有80 置信度不超过的规定值 80 时间 解释 来源于文献上 好天气 所占百分比的典型统计值 好天气 指无雨 无雪 无雾的天气 80 置信度 解释 干扰场强的分布属于正态分布 从概率论的基本原理看 不可能以100 的置信概率判定任何事物 由于坏天气下高压交流架空线无线电噪声大于好天气 12 假定某架空线所处地区好天气百分比占80 其无线电噪声电平正好等于限值 各符号含义具体见下文 可理解为在好天气条件下有20 80 的可能性超过 低于限值 根据GB T7349 2002 对于某个测点的多次测量结果 根据下式判断被测对象的噪声电平是否超标 X KSn L式中 L 无线电干扰限值 13 式中 L 无线电干扰限值X 某一测点无线电噪声n次测量结果的平均值 Sn n次测量结果的样本标准差 K 取决于时间概率 置信概率以及n的系数 当时间概率 置信概率均取80 测量次数n 20 K 1 12 14 对于0 5MHz之外的 0 15 30MHz频段中的其它频率 限值按照附录A的公式修正 由于实际测量允许偏离规定频点 10 一般不会用到频率修正 这里是为了说明架空线无线电噪声的频谱特性 公式A1 A2是根据电晕放电无线电噪声频谱得出的 一般无线电噪声的频谱特性不受季节 时间 气候条件等的影响 2 频率修正 15 由于不同频率电磁波的 垂直线路方向 横向传播特性有差异 环保总局培训讲义提到 严格地说 测点距线路的远近 多少会对频谱特性产生一些影响 举例说明 对于220kV架空线 边导线投影20m处0 5MHz频点的干扰场强限值为53dB V m 根据标准附录A公式A1和A2 其它频点的干扰场强限值见下图 该图表明噪声电平随频率的衰减规律 通过该图 如果测量了某一频率的噪声电平 可以计算出其它频率的噪声电平 16 17 距边导线投影不为20m处测量的无线电干扰场强可按照附录B的公式B1修正到20m处 如果20m处有各种情况 如沟渠阻隔 正好位于水塘处 有障碍物等 不便测量 可在其它距离处测量 再作距离修正 根据公式B1 需要记录导线对地高度 从该公式可知 测点与导线直线距离 不是水平距离 是斜距 增加至原来的2倍 则干扰场强降低10dB 此即评价导则HJ T24 1998采用2nm测量距离的由来 期待相邻测点干扰场强之间相差10dB 但导则以地面投影点为距离起算点 由于导线对地有一定高度 实际上边导线投影外1m 2m 4m的测点与导线的距离差不多 干扰场强也差不多 如果导线高度为10m 3 距离修正 18 根据该公式 4m处场强仅比1m处低1dB 在远处 由于测量系统本身的噪声及环境无线电噪声 一般也不会出现 实测中从来没有出现2倍距离干扰场强降低10dB的情况 因此 在环评项目的监测中 我们有时采用5m 10m 20m 40m的测量距离 根据该距离特性 如果20m处干扰场强超标 可监测10m 40m处干扰场强 判断是否其它干扰源的影响造成超标 4 测量方法 方案 合并到下一个标准一起讲 5 注意 该标准没有规定变电站无线电干扰限值 一般参照同电压等级架空线的标准 19 2 2 高压架空送电线 变电站无线电干扰测量方法 GB T7349 2002 1 对测量仪器的要求测量主机 使用准峰值检波器 使用具有电屏蔽的环状天线或柱状天线 我站的FSP 3频谱分析仪 PMM9010测量接收机 早期的环状天线 后来的几种柱状 鞭状 天线均满足要求 2 在较高的工频电场下 柱状天线应避免其尖端产生电晕放电 否则测量结果会明显偏高 GB15707也有相同的条款 根据同行交流的经验 如怀疑有尖端放电 可在其顶端放一块泡沫塑料 天线顶端轧入塑料块内 PMM9010配套的RA01天线末端较钝 且有绝缘外皮 较不容易产生尖端放电 20 3 测量人员和其它设备与天线的相对位置应不影响测量读数 尤其在采用柱状天线时 PMM9010主机与天线之间的信号电缆有7m长 因此我站作业指导书规定测量人员 测量主机 其他人员和设备距离测量天线应在5米以上 4 测量频率 参考测量频率为 0 5 0 05 MHz 但也可用1MHz 与GB T7349 1987不同的是 该新版本对架空线也要求作全频测量 并未限定是仅对变电站测全频 为了避免在单一频率下测量时 由于线路可能出现驻波而带来的误差影响 所以应在干扰频带内对各个频率进行测量并画出相应的曲线 测量可在下列频率或其附近频率进行 21 0 15 0 25 0 50 1 0 1 5 3 0 6 0 10 15 30MHz 但未说明如何判断各频率下驻波影响大小以及如何修正 也未见有监测或环评报告对此进行修正 一般只对变电站围墙外20m处作全频测量 架空线仅测 0 5 0 05 MHz 必要时加测1MHz 5 测量布点 测量地点选在地势较平坦 远离建筑物和树木 没有其它电力线和通信 广播线的地方 电磁环境场强至少比来自被测对象的无线电干扰场强低6dB 电磁环境场强的测量 可以在线路停电时进行 或者在距线路400m以外进行 22 因此在国道 高速公路附近 车辆的无线电干扰场强大于所测对象 不能在此布点监测 市区除了车辆 建筑物 还有很多低压架空线 电话线 也不满足布点条件 山区地势不平 也不满足条件 沿被测线路的气象条件应近似一致 在雨天测量时 只有当下雨范围为测试现场周围 或方圆 为10km以上时 测量才有效 无线电噪声沿线路的纵向传播 其衰减远比横向传播 垂直于线路的方向 即前述距离修正公式所述的衰减规律 为小 尤其是较低的频率 对于0 5MHz频率 2km传播距离衰减约5dB 因此 干扰场强测量值是测点周围几个km线路的平均值 由于气象条件对干扰 23 场强有很大影响 就要求测点附近几个km半径范围内的气象条件近似一致 由于 大雨 0 6mm h 14 4mm 24h 相当于天气预报的中雨 后者雨量为10 25mm 24h 条件下干扰电平较50 好天气的干扰电平 即好天气干扰电平高于和低于该值的几率各占一半 高22dB 因此如果在下雨区测量 受无雨区影响小 所要求测点周围下雨区范围小 半径2 3km即可 在无雨区测量 受下雨区影响大 要求10km半径内无雨 24 对于线路 测量点应选在档距中央附近 距线路末端10km以上 若受条件限制应不小于2km 测量点应远离线路交叉及转角等点 但在对干扰实例进行调查时 不受此限 在一个档距之间 无线电噪声一般中间最强 两端 即杆塔处 最小 一般两者差别在1 3dB 因此测量点应选在档距中央附近 根据前述的无线电噪声纵向传播距离 如果线路终端在几个km之内 或在几个km内有转角 改变了作为无线电噪声传输线的架空线的阻抗 纵向传播的行波会产生反射 影响测量结果 因此测量点应远离线路交叉及转角等点 25 可能是由于线路不容易找到连续几km没有转角的路段 为了避免驻波带来的误差影响 标准规定还是要测全频段10个频率 对于30 以下的小转角 反射波影响可能较小 否则小转角太多了 难以找到合适的测量点位 更详细的讨论见环保总局培训讲义 对于线路全长而言 无线电噪声场强值波动很大 与线路所经地区的气候 地质条件 变电所的分布 线路情况 施工质量 杆塔结构等因素有关 尤其是变电站 线路转向杆塔附近 无线电噪声场强将增大 有资料表明起伏可达 26 20dB 这可能是由于对电磁波的高频分量终端阻抗不匹配 在线路上出现波的反射 形成驻波所致 比如入射波幅度为5 反射波幅度为4 在二者同相的点位 幅度为5 4 9 在二者反相的点位 幅度为5 4 1 幅度最高和最低差9倍 20lg 9 19 1dB 但相对于没有反射的正常情况 起 的相对幅度增加20lg 5 4 5 5 1dB 伏 的相对幅度降低 20lg 5 4 5 14dB 对阻抗不匹配的比喻说明 比如水波受岸壁的反射 光波受水面的反射 均为阻抗在交界面处的变化 不匹配 所致 27 对于变电站 测量点应选在最高电压等级电气设备区外侧 避开进出线 不少于三点 比如 对于220kV变电站 不要求对110kV配电装置区外侧布点监测 常见布点方案见下图 位置 如图在东西两侧地势较平坦时 可布2个点 最宽的南侧为出线侧 如果有较多出线间隔空置 地势较平坦 该侧布点又可保证测点到围墙的距离大于到架空线的距离 则可布1个点 很多变电站位于山丘附近 一般很难找到3个合适的点位 非出线侧较窄 一侧 沿平行围墙方向 布2个点 其距离太近 意义不大 28 6 测量距离架空线 距边导线投影20m处 变电站 距最近带电构架投影20m处或围墙外20m处 我站作业指导书采用围墙外20m处 比较便于定位 7 测量数据 在特定的时间 地点和气象条件下 若仪表读数是稳定的 测量读数为稳定时的仪表读数 若仪表读数是波动的 使用记录器记录或每0 5min读一个数 取其10min的平均值为测量读数 就是说 当读数波动较大时 应读20个数取平均 29 在给定的气象条件下 每次的测量数据 为沿线近似等分布的三个地点的测量读数的平均值 比如某一线路长度100km 可在距离线路某端 变电站 15 25 km 40 60 km 75 85 km处分别布设一个测点 由于线路纵向传播衰减较小 三个点互相之间距离太近 比如1km之内 甚至500m内 意义不大 实际操作时往往只测一个点 指纵向 即沿线路方向而言 线路横断面多个测点只能算沿纵向的一个测点 30 8 气象条件与测量次数要求 注意 在给定的气象条件下 对某个地点 某个测量频率 一日之内不能获得多于一次的测量数据 测量次数不得少于15次 最好20次以上 在每一种气象条件下 测量次数应与该地区该气象条件出现的频度成正比 也就是说 无线电干扰的测量至少应测15天 最好测20天以上 如果长期没有下雨 还应等到下雨天去测几趟 才能满足 测量次数与气象条件出现的频度成正比 的要求 31 前述标准GB15707规定 架空线 可以采用两种测量方案 一是采用GB T7349 在坏天气和好天气条件下均进行测量 比如好天气下测16次 坏天气下测4次 二是可以只在好天气下测量 由于限值的定义是统计性的 80 置信度 其原意是对不同气象条件下干扰场强的统计值的限值 两种测量方案均要求测量多次 才能进行统计评价 32 环保总局培训讲义 架空线 晴天时 无线电噪声的平均电平与导线的干燥情况有关 数据离散性较大 必须在全年多次测量 方可获得可靠数据 此外 晴天时 由火花等导致的无线电噪声电平升高 而这种噪声的随机性又高于电晕噪声 这也是晴天噪声电平不稳定的另一个原因 晴天的平均电平 可能变化范围超过10dB 单次观测的结果的变化范围可能超过10dB 因此凭单次测量不能判断干扰场强是否超标 由于全天候的干扰场强变化范围可达30dB左右 一日内的气象条件变化不大 一日测量多次意义也不大 更不用说连续读20个数 33 除非作专门研究 在实际监测与环评工作中没有人做得到上述要求 该要求从技术角度看是合理的 但从无线电干扰的环境影响大小及人们对其关注程度的角度看 该要求太尽合理 因此 在实际监测与环评工作中 国内同行一般采用前述一次连续读20个数 然后进行统计评价的方法 报告评审专家也都默然认可 34 9 测量报告中所需记录的参考资料标准附录C中 列举了 当根据测量结果对被测系统进行统计评价时 测量报告中可包括 的材料 共计13大项26小项 这些因素均对测量结果有影响 我站作业指导书所附记录表仅要求 电压 温度 相对湿度 大气压 风速 天气 导线排列方式 7小项 而不少报告中还省略了大气压 风速两项 报告评审专家也都默然认可 35 10 GB15707的测量要求 测量时应同时监听测量仪的音频输出 以保证测量结果不受其它强干扰源如火花放电 线路载波等的影响 必要时应在高压交流架空送电线的两侧都进行测量 监听并判断 线路载波用于电力线通信 其工作频率较低 一般在0 5MHz以下 36 3 1架空线 1 线路结构 设计和施工方面的影响 第一类因素的影响主要表现为不同线路导线排列方式 导线直径 导线扭绞 表面的不理想及缺陷 相间距离 导线对地高度以及单 双回路 分裂形式等 这些参数的影响相对于基准线路而言 大约在 3 5 dB左右 导线表面的不光滑 如划痕和擦伤 或污秽 会使电场分布集中而出现电位梯度大的部位 形成放电源 这种现象常常与施工过程有关 所以新运行的线路其噪声电平常常会高于该线路长期运行后的稳定值 3影响测量结果的有关因素 37 随着电力负荷的逐年递增 导线截面越来越大 降低了导线表面电场强度 也降低了无线电噪声电平 比如220kV架空线 采用2 400mm2导线比2 240mm2导线的干扰电平低5dB 比2 300mm2导线低2 5dB 2 大气及气候等外部因素 第二类因素主要包括以下几个方面 大地导电率 相对于0 15 m 变化范围为 4dB左右 38 相对空气密度 变化范围 4dB左右 当气压P降低或温度t T t 273 升高都会降低空气密度 正比于P T 从而减小空气击穿强度 并由此增加导线上发生电晕放电的可能性 但通常只有当海拔高于1000m时 气压才成为重要因素 风速 从无风到风速3m s 无线电噪声电平平均增加3dB左右 但风速达4m s时 仅再增加0 6dB左右 39 相对温度 变化范围 2dB左右 雨 雪 雾等天气的影响在第二类因素中占显著位置 一般有10 20dB的增加量 大量的实测数据表明 当空气湿度在一定范围上升 或在小雨 雪 大雾 露的情况下 无线电噪声电平急剧上升 但当降雨量达到 大雨 水平时 无线电噪声电平即不再随降雨量的增大而明显上升 对输电线无线电噪声而言 当雨量大于0 6mm h即认为是 大雨 根据讲义的图 冬季晴天时噪声电平的平均值比夏季晴天时平均值低6 5dB 40 晴天的平均电平强烈地依从于导线表面状态而变化 取决于导线是否污秽等因素 例如 无线电干扰电平的短期变化归因于外来物 如灰尘 昆虫和植物的微粒等 在导线上的反复积聚 这些外来物起着电晕源的作用 后来经一阵暴雨冲刷导线 消除了一部分电晕源 雨后干扰电平下降 晴天电平冬季较夏季低 主要是冬季上述电晕源数目较夏季少的缘故 其次是气温的影响 41 3 其它无线电噪声源 了解 前面 1 2 方面为影响导线电晕放电的因素 除此之外 线夹 防振锤 间隔棒 接头等附件也会有电晕放电 在高湿度或下雨条件下 其无线电噪声也会增强 绝缘子的无线电噪声可能由几种原因产生 多数与其表面有关 例如 局部电位梯度增大引起的小的放电 由于水滴或干的污秽造成的不光滑引起的电晕放电 或者在污秽绝缘子上由于表面漏电流在干燥的瓷瓶表面引起的火花放电 只有在极特殊的情况无线电噪声是由绝缘子内部产生的 如损坏的绝缘子 火花出现在内部的孔洞或断裂处 无论如何 如果存在小的气隙的话 无线电噪声会由于在粘合剂与瓷或玻璃之间的放电而产生 42 对于变电站 一方面由于绝缘子 避雷器 开关 均压环等各类金具及附件特别集中 因而与线路相比出现火花放电的概率大大提高 另一方面 变电站的母线条件较线路好 或使用电缆 使表面电位梯度可能小于线路 因而变电站的火花放电无线电噪声常常较强 从而使电晕噪声常被淹没在火花放电的无线电噪声内 由于火花放电噪声产生的情况比较复杂 发生的概率也不稳定 因而变电站的无线电噪