共享铁塔通信设备对输电导线场强影响确定方法及装置与流程

本发明属于高压输变电工程电磁兼容技术领域，具体涉及共享铁塔通信设备对输电导线场强影响确定方法及装置。

背景技术：

电力与通信共享铁塔作为“共享经济”的典范，已得到电力行业和通信行业的高度关注和大力推动。目前共享杆塔有少量试用，验证了共享铁塔技术的可行性，但试用的杆塔和通信设备都较为单一。随着5g通信网络的铺开，共享铁塔的需求越来越大。一个铁塔上可能架设多层天线，这将使得天线与导线越来越近。

通信天线发出的高强度电磁场可能影响输电导线表面电场强度，从而恶化输电线路的电磁环境，甚至影响电网安全运行，亟待明确通信设备对输电线路导线的电磁影响问题，以相应地采取措施来解决。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供的共享铁塔通信设备对输电导线场强影响确定方法及装置，以解决目前难以定量地确定通信天线发出的高强度电磁场对输电导线表面电场强度的影响的问题。

第一方面，本发明提供一种共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定方法，包括以下步骤：

1)获取由被试输电导线生成的单一无线电干扰值ri0，所述单一无线电干扰值是利用环形天线及无线电干扰接收机，在被试输电线路的线路走廊内的检测点测量得到的；所述被试输电线路是根据共享铁塔中输电导线的型式选择的；

2)获取由被试输电导线及通信天线生成的复合无线电干扰值ri1，所述复合无线电干扰值ri1是利用环形天线及无线电干扰接收机，在所述被试输电线路的线路走廊内的检测点测量得到的；所述通信天线用于发射预先设定参数的电磁波，所述预先设定参数是根据所述共享铁塔设置的通信设备的型式及工作参数确定的；

3)根据所述单一无线电干扰值ri0及所述复合无线电干扰值ri1，确定共享铁塔设置通信设备之后被试输电导线的表面场强；

对比共享铁塔未设置通信设备时被试输电导线的表面场强及共享铁塔设置通信设备之后被试输电导线的表面场强，确定由共享铁塔设置的通信设备导致的被试输电导线的场强变化量。

进一步地，根据镜像法及皮克公式，被试输电导线生成的单一无线电干扰值ri0与共享铁塔未设置通信设备时被试输电导线的表面场强e0(n)具有如下关系：

其中，被试输电导线为分裂导线，n为被试输电导线的分裂数，a为一常数。

进一步地，根据镜像法及皮克公式，被试输电导线及通信天线生成的复合无线电干扰值ri1，与共享铁塔设置通信设备之后，被试输电导线的表面场强e1(n)具有如下关系：

进一步地，根据所述单一无线电干扰值ri0及所述复合无线电干扰值ri1，确定共享铁塔设置通信设备之后被试输电导线的表面场强e1(n)：

进一步地，根据共享铁塔中输电导线的型式，选择被试输电线路，包括：

按照共享铁塔上所架设的输电导线型号及排列方式，选择所架设的输电导线型号及排列方式相同的实际输电线路作为被试输电线路；

并选取位于档距中央且地势平坦的地点作为试验场地。

进一步地，利用环形天线及无线电干扰接收机，在所述被试输电线路的线路走廊内的检测点，测量由被试输电导线生成的单一无线电干扰值ri0，包括：

在试验场地内，在输电线路的边导线的地面投影外20m处作为检测点；

在检测点架设环形天线，并保证环形天线的离地高度为预先设定的数值；

利用无线电干扰接收机测量所述环形天线在检查点处接收到的无线电干扰值，所述无线电干扰值由被试输电导线生成的单一无线电干扰值ri0。

进一步地，在所述获取由被试输电导线及通信天线生成的复合无线电干扰值ri1之前，还包括：

根据共享铁塔上设置的通信设备的参数，包括方向图、增益、波束宽度、下倾角和发射功率等，选择能够覆盖以上各参数的通信天线、矢量信号源及功率放大器；

在试验场地内，将通信天线架设在与所述环形天线相对的一侧，按照共享铁塔上设置的通信设备的天线的架设方式调节通信天线的水平方向和下倾角，使通信天线发出的电磁波主波瓣对准输电导线；

矢量信号源根据通信天线的调制方式生成源信号并送入功率放大器；

功率放大器设定为通信天线的发射功率，并将矢量信号源生成的源信号放大后输入到通信天线，并由通信天线来发射电磁波以模拟通信设备发射电磁波的场景。

进一步地，所述环形天线的频率范围为150khz-30mhz；

所述无线电干扰接收机的线性频率范围为150khz-30mhz。

进一步地，所述通信天线的发射功率范围为0-200w；

所述矢量信号源的调制方式为qam64；

所述功率放大器与通信天线的连接线缆及接头插损均不大于1db。

进一步地，所述被试输电线路包括多个被试输电导线，所述被试输电导线为单回线路的三相交流电中的一相，或为双回线路的任一回的三相交流电中的一相，或为多回线路的任一回的三相交流电中的一相。

第二方面，本发明提供一种共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定装置，包括：

单一无线电干扰值获取单元，用于获取由被试输电导线生成的单一无线电干扰值ri0，所述单一无线电干扰值是利用环形天线及无线电干扰接收机，在被试输电线路的线路走廊内的检测点测量得到的；所述被试输电线路是根据共享铁塔中输电导线的型式及通信设备的型式选择的；

复合无线电干扰值获取单元，用于获取由被试输电导线及通信天线生成的复合无线电干扰值ri1，所述复合无线电干扰值ri1是利用环形天线及无线电干扰接收机，在所述被试输电线路的线路走廊内的检测点测量得到的；所述通信天线用于发射预先设定参数的电磁波，所述预先设定参数是根据所述共享铁塔设置的通信设备的型式及工作参数确定的；

场强变化量确定单元，用于根据所述单一无线电干扰值ri0及所述复合无线电干扰值ri1，确定共享铁塔设置通信设备之后被试输电导线的表面场强；

对比共享铁塔未设置通信设备时被试输电导线的表面场强及共享铁塔设置通信设备之后被试输电导线的表面场强，确定由共享铁塔设置的通信设备导致的被试输电导线的场强变化量。

本发明提供的共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定方法及装置，通过选择被试输电导线；测试被试输电导线的无线电干扰值ri0；发射与通信天线相近的电磁波并测试施加电磁波后的输电导线的无线电干扰值ri1；通过数据处理，并根据计入通信天线发射的电磁场之前的表面场强e0确定计入通信天线发射的电磁场之后输电导线的表面场强e1，并最终确定了共享铁塔设置的通信设备导致的输电导线场强变化量。

与现有技术相比，本发明提供的共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定方法及装置，采用测试输电线路无线电干扰的方法间接获得通信设备导致的输电导线表面场强的变化量。该方法易于实施，可以定量地确定共享铁塔设置的通信设备发射的电磁场对输电导线场强的影响程度。该方法简单、准确度高，确定的输电导线表面场强的变化量后续可以进一步用于确定共享铁塔设置的通信设备与输电导线之间的的最优防护距离。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明优选实施方式的共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定方法的流程示意图；

图2为本发明优选实施方式的共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定装置的组成示意图；

图3为本发明优选实施方式的共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定方法的测量布置示意图；

图4为本发明优选实施方式中分裂导线的示意图；

图5为本发明优选实施方式中镜像法计算导线表面场强的示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

架空输电线路由线路杆塔(又称输电杆塔或输电铁塔)、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成，架设在地面之上。

档距：架空输电线路在平行于相邻两杆塔间导线所受比载的平面内的两悬挂点之间的水平距离，为这两基杆塔的档距。

线路走廊：架空输电线路的路径所占用的土地面积和空间区域。为了保证线路绝缘强度和避免对人身及地面建筑等物体的触电危险，以及防止静电场对导线及附近的人造成生理和生态危害，处于高电压下的导线周围，需保持必要的净空间区域。随着输电线路电压等级的提高，线路走廊的范围显著扩大。例如,单回500千伏超高压输电线路，杆塔高度一般均达30米，线路走廊宽度约达45米。

分裂导线指超高压输电线路为抑制电晕放电和减少线路电抗所采取的一种导线架设方式，每相导线由几根直径较小的分导线组成，各分导线间隔一定距离并按对称多角形排列，而且布置在正多边形的顶点上。分裂导线相比总截面相同的大导线，不容易产生电晕，送电能力还高一些。分裂导线主要有应用于220千伏及以上电压的线路上。一般是220kv为2分裂，500kv为4分裂，西北电网750kv为6分裂，1000kv为8分裂。

输电线路带电运行时，通常输电导线表面存在电晕放电现象。这时，电晕放电产生的大量带电粒子聚集在输电导线周围。而针对设置有通信设备的共享铁塔，输电导线又暴露在通信天线发射的电磁波中。由于电磁波具有波粒二象性，通信电磁场与输电导线附近的带电粒子相互作用，从而改变了输电导线的表面电场强度。在导线表面电场强度超出一定范围后，将造成输电线路电磁环境恶化，严重时可能会发生气隙击穿进而影响电网安全运行。

目前输电导线的表面电场强度不能直接测量，因此无法确定通信电磁场对导线表面电场强度的影响，通常要求通信天线与输电导线保持较远的距离以确保电网的安全运行。

针对缺乏通信电磁场对导线表面电场强度影响的确定方法，结合输电导线表面场强的物理效应，克服当前输电导线表面电场强度无法测试和缺乏计算方法的困难，本发明提供一种共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定方法。

如图1所示，本发明实施例的共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定方法，包括：

步骤s100：获取由被试输电导线生成的单一无线电干扰值ri0，所述单一无线电干扰值是利用环形天线及无线电干扰接收机，在被试输电线路的线路走廊内的检测点测量得到的；所述被试输电线路是根据共享铁塔中输电导线的型式及通信设备的型式选择的；

步骤s200：获取由被试输电导线及通信天线生成的复合无线电干扰值ri1，所述复合无线电干扰值ri1是利用环形天线及无线电干扰接收机，在所述被试输电线路的线路走廊内的检测点测量得到的；所述通信天线用于发射预先设定参数的电磁波，所述预先设定参数是根据所述共享铁塔设置的通信设备的型式及工作参数确定的；

步骤s300：根据所述单一无线电干扰值ri0及所述复合无线电干扰值ri1，确定共享铁塔设置通信设备之后被试输电导线的表面场强；

对比共享铁塔未设置通信设备时被试输电导线的表面场强及共享铁塔设置通信设备之后被试输电导线的表面场强，确定由共享铁塔设置的通信设备导致的被试输电导线的场强变化量。

具体地，根据镜像法及皮克公式，被试输电导线生成的单一无线电干扰值ri0与共享铁塔未设置通信设备时被试输电导线的表面场强e0(n)具有如下关系：

其中，被试输电导线为分裂导线，n为被试输电导线的分裂数，a为一常数。

具体地，根据镜像法及皮克公式，被试输电导线及通信天线生成的复合无线电干扰值ri1，与共享铁塔设置通信设备之后，被试输电导线的表面场强e1(n)具有如下关系：

具体地，根据所述单一无线电干扰值ri0及所述复合无线电干扰值ri1，确定共享铁塔设置通信设备之后被试输电导线的表面场强e1(n)：

具体地，根据共享铁塔中输电导线的型式，选择被试输电线路，包括：

按照共享铁塔上所架设的输电导线型号及排列方式，选择所架设的输电导线型号及排列方式相同的实际输电线路作为被试输电线路；

并选取位于档距中央且地势平坦的地点作为试验场地。

具体地，利用环形天线及无线电干扰接收机，在所述被试输电线路的线路走廊内的检测点，测量由被试输电导线生成的单一无线电干扰值ri0，包括：

在试验场地内，在输电线路的边导线的地面投影外20m处作为检测点；

在检测点架设环形天线，并保证环形天线的离地高度为预先设定的数值；

利用无线电干扰接收机测量所述环形天线在检查点处接收到的无线电干扰值，所述无线电干扰值由被试输电导线生成的单一无线电干扰值ri0。

具体地，在所述获取由被试输电导线及通信天线生成的复合无线电干扰值ri1之前，还包括：

根据共享铁塔上设置的通信设备的参数，包括方向图、增益、波束宽度、下倾角和发射功率等，选择能够覆盖以上各参数的通信天线、矢量信号源及功率放大器；

在试验场地内，将通信天线架设在与所述环形天线相对的一侧，按照共享铁塔上设置的通信设备的天线的架设方式调节通信天线的水平方向和下倾角，使通信天线发出的电磁波主波瓣对准输电导线；

矢量信号源根据通信天线的调制方式生成源信号并送入功率放大器；

功率放大器设定为通信天线的发射功率，并将矢量信号源生成的源信号放大后输入到通信天线，并由通信天线来发射电磁波以模拟通信设备发射电磁波的场景。

具体地，所述环形天线的频率范围为150khz-30mhz；

所述无线电干扰接收机的线性频率范围为150khz-30mhz。

具体地，所述通信天线的发射功率范围为0-200w；

所述矢量信号源的调制方式为qam64；

所述功率放大器与通信天线的连接线缆及接头插损均不大于1db。

具体地，所述被试输电线路包括多个被试输电导线，所述被试输电导线为单回线路的三相交流电中的一相，或为双回线路的任一回的三相交流电中的一相，或为多回线路的任一回的三相交流电中的一相。

如图2所示，本发明实施例的共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定装置，包括：

单一无线电干扰值获取单元10，用于获取由被试输电导线生成的单一无线电干扰值ri0，所述单一无线电干扰值是利用环形天线及无线电干扰接收机，在被试输电线路的线路走廊内的检测点测量得到的；所述被试输电线路是根据共享铁塔中输电导线的型式及通信设备的型式选择的；

复合无线电干扰值获取单元20，用于获取由被试输电导线及通信天线生成的复合无线电干扰值ri1，所述复合无线电干扰值ri1是利用环形天线及无线电干扰接收机，在所述被试输电线路的线路走廊内的检测点测量得到的；所述通信天线用于发射预先设定参数的电磁波，所述预先设定参数是根据所述共享铁塔设置的通信设备的型式及工作参数确定的；

场强变化量确定单元30，用于根据所述单一无线电干扰值ri0及所述复合无线电干扰值ri1，确定共享铁塔设置通信设备之后被试输电导线的表面场强；

对比共享铁塔未设置通信设备时被试输电导线的表面场强及共享铁塔设置通信设备之后被试输电导线的表面场强，确定由共享铁塔设置的通信设备导致的被试输电导线的场强变化量。

该实施例的共享铁塔设置的通信设备对输电导线场强影响的确定装置是上述的方法对应的装置，具有与该方法相同的技术构思、技术方案及技术效果，这里不再赘述。

本发明另一实施例的共享铁塔通信设备对输电导线场强影响的确定方法，包括以下步骤：

1)、选择被试验对象及试验场地

如图3所示，按照共享铁塔上所架设的输电导线型号及排列方式，选择所架设的输电导线型号及排列方式相同的实际输电线路1上的输电线路2作为被试验对象，并选取相邻两杆塔间，位于档距中央、且地势平坦的地点作为试验场地。

2)、在检测点处测试被试输电导线产生的单一无线电干扰值ri0

如图3所示，在试验场地内，在输电线路边导线地面投影外20m处作为检测点。在检测点架设环形天线6，并利用无线电干扰接收机7测量该环形天线接收到的检查点处的无线电干扰值。

3)、设置通信天线，发射电磁波

根据共享铁塔上架设的通信天线参数，包括方向图、增益、波束宽度、下倾角和发射功率等，选择参数接近的通信天线以模拟发射电磁波。

按照共享铁塔上通信天线的架设方式调节通信天线的水平方向和下倾角，使通信天线发出的电磁波主波瓣对准输电导线。

如图3所示，发射电磁波时，矢量信号源5根据通信天线3的调制方式设定相同的调制方式，生成的源信号送入功率放大器4；功率放大器的功率设定为通信天线的发射功率，功率放大器将矢量信号源生成的源信号放大后输入到通信天线。

4)、在检测点处测试接收到的复合无线电干扰ri1

如图3所示，利用无线电干扰接收机7测量环形天线6接收到的检查点处的无线电干扰值ri1。无线电干扰值ri1包括两个干扰源：被试输电导线产生的无线电干扰及通信天线发射的无线电干扰。

5)、试验数据处理，确定导线表面场强的变化量

对于分裂数和排列形式已经确定的输电导线，其无线电干扰与表面场强具有如下关系：

其中，e0可由皮克公式求得；或采用有限元算法求得；；n为输电导线分裂数。

计入通信天线发射的电磁波后，输电导线接收到的无线电干扰为：

将式(1)和(2)联立，可求得计入通信天线发射的电磁场后输电导线的表面场强e1。

如图5所示，根据镜像法及皮克公式，计算被试输电导线的表面场强e0(n)，包括：

其中，p＝[pij]；

其中，δ'ij为导线j与导线j地面镜像之间的距离；

δij为导线i与j之间的距离；

其中，h为导线的对地高度；

c＝p^-1；c＝[cij]；

q＝cu，

其中，u为输电线路单相导线的相电压，如500kv线路的相电压u为289kv；

q＝[qi]；

其中，req为等效半径，m；

r为分裂导线的半径，m；

r为分导线半径，cm；

ε0为真空中的介电常数。

具体地，环形天线的频率范围为150khz-30mhz，环形天线的架设高度为2m。无线电干扰接收机的线性频率范围为150khz-30mhz，符合cispr关于无线电干扰测量设备要求。

具体地，通信天线的主波束中心线对准输电导线，通信天线的发射功率为0-200w可调。通信天线发射的电磁波的频率为待安装的通信设备发射信号的频率。功率放大器的功率和频率覆盖通信天线的功率和频率。功率放大器与通信天线的连接线缆及接头插损均不大于1db。

与现有技术相比，本发明实施例的方法采用测试输电线路无线电干扰的方法间接获得通信设备导致的输电导线表面场强的变化量。该方法易于实施，可以定量地确定共享铁塔设置的通信设备发射的电磁场对输电导线场强的影响程度。该方法简单、准确度高，确定的输电导线表面场强的变化量后续可以进一步用于确定共享铁塔设置的通信设备与输电导线之间的的最优防护距离。

利用本发明实施例的共享铁塔通信设备对输电导线场强影响的确定方法，对输电导线型号为4×lgj-400，500kv单回路水平排列的某共享铁塔确定通信设备导致的输电导线场强变化量，包括：

在确定共享铁塔设置的通信设备导致的输电导线场强变化量时，选择以上参数的实际输电线路作为被试验对象，并选取档距中央、地势平坦的地点作为试验场地。

在试验场地内，选择输电线路任一侧的边导线地面投影外20m处作为检测点，架设环形天线，并用无线电干扰接收机测量该测量点处的无线电干扰值，具体地，ri0＝42(单位为db(μv/m))。

该共享铁塔上所架设的通信天线的波束宽度为60度，增益为15dbi，下倾角为-15度，发射功率为20w。选择能够覆盖以上各参数的通信天线发射电磁波。

发射电磁波时，矢量信号源根据通信调制方式设定相同的调制方式，也即qam64，并生成源信号送入功率放大器。功率放大器的功率设定为通信天线的发射功率20w。功率放大器将源信号放大后输入到通信天线。按照在共享铁塔上架设天线的方式，调节通信天线的水平方向(也即通信天线与导线在水平面的夹角)和下倾角，使通信天线发出的电磁波主波瓣对准输电导线。

这时，在通信天线生成的电磁波环境里，测量检测点的无线电干扰为ri1＝42。

在输电导线型号为4×lgj-400时，分裂数、半径均为已知数(如图4所示)，确定其无线电干扰与表面场强具有如下关系：ri0＝a+3.5e0。

采用镜像法计算输电导线表面场强，并由皮克公式求得e0＝16.20kv/cm。

施加来自通信设备电磁波后，输电导线的无线电干扰为：

ri1＝a-585/e1。

由式(1)和(2)可求得施加电磁场后的导线输电表面场强e1：

针对该输电导线型号为4×lgj-400、500kv单回路水平排列的输电杆塔，在检测点上，接收到的无线电干扰没有变化，可以间接得出在通信天线加入前后，输电导线的表面场强没有变化。这是因为通信设备发射的电磁波功率较小，与输电导线之间的距离较远，尚不足以改变导线表面场强。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。