特高压直流架空线无线电干扰的比较研究 文 俊，徐 超，韩民晓，郑 劲，殷威杨，孙中明 （1．电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室（华北电力大学），北京市102206．
2．北京网联直流工程技术有限公司，北京市 100005.）
The Comparing Research On The Radio Interference
From UHVDC Overhead Transmission Lines
WEN Jun1, XU Chao1, HAN Min-xiao1, ZHENG Jin2, YIN Wei-yang2, SUN Zhong-ming2 （1．Key Laboratory of Power System Protection and Dynamic Security Monitoring and Control under Ministry of education (North China Electric Power University), Beijing 102206, China 2．Beijing Wanglian HVDC Engineering Technology Co. Ltd, Beijing
100005, China）
ABSTRACT:The converter valves ignition brings the valve voltage change sharply in the normal course of operation of the ultra-high voltage direct current (UHVDC) transmission. It induces stray inductance and stray capacitor which around the valves generate high-frequency resonance. These high-frequency current and voltage which transmits through the smoothing reactor to the pole line at the direct current si
de of converter substation can generate radio interference to the radio receivers which around the pole line. This paper takes two series of 12 pulse converter valve of the UHVDC transmission system as an example, and analyzes the reason which converter substation produce radio interference, and discusses specifications of converter substation radio interference. This paper also calculates the radio interference which is generated by converter valve at the terminals of the polar line.This calculation result is compared with another radio interference generated by corona from direct current overhead transmission Lines. By comparison, it is seen that the converter valve is not the main source of radio interference at the terminals of the polar line.Finally, some suggestions about filtering radio interference from dc overhead transmission Lines are put forward.
KEY WORDS: UHVDC transmission; Radio Interference(RI); converter valves; Corona; overhead transmission Lines
摘要：与常规高压直流输电相同，特高压直流输电在正常运行过程中，换流阀的开通与关断一定伴随着阀电压的剧烈改变，从而诱发与周边杂散电感和电容的高频振荡。这些高频振荡电流和电压分量通过直流平波电抗器传递到直流极线，将对直流极线周边的无线电接收设备产生无线电干扰。本文以特高压直流输电系统每极2组12脉动换流单元串联的换流阀为例，深入分析了特高压直流输电换流站产生无线电干扰的机理；探讨了换流站无线电干扰的规范要求；对换流阀产生的直流架空极线出口处的无线电干扰
进行了计算；通过与直流架空线电晕产生的无线电干扰的对比，指出换流阀不一定是直流极线出口的主导无线电干扰源，同时对换流站直流侧高频谐波干扰的抑制提出了建议。
关键词：特高压直流输电；无线电干扰；换流阀；电晕；架空线
0 引 言
±800kV特高压直流（UHVDC）输电以其输送容量大、送电距离长、线路损耗低、工程投资省、走廊利用率高和运行方式灵活的特点而比超高压直流输电（±500kV）更加适合于将能源基地的电力大规模外送，实现超大容量、超远距离电能的传输，因此是我国“西电东送”战略计划的主要实施手段[1-4]。
特高压直流输电的换流阀是典型的非线性设备，正常运行时将产生大量的高频分量谐波，这些高次谐波如不能加以有效抑制，则会对与换流站相连的交流电网以及直流线路沿线的电信设备产生极大的谐波危害[5]。
这些高频率分量的谐波所在的频率范围为：电力线载波（PLC）频率20~500kHz，无线电频率0.5~20MHz 和电视频率0.02~1GHz[6]。
本文针对UHVDC输电换流站的无线电干扰（RI）
进行理论研究，并做了仿真分析。从理论上探讨了换流阀产生无线电干扰的原因，对其干扰进行定性分析。通过仿真，定量计算了UHVDC输电换流阀在直流极线上所产生的RI干扰的强度。经过与直流架空线路电晕产生的无线电干扰的对比分析，指出了影响特高压直流输电直流极线无线电干扰的主导因素，进而提出了特高压直流输电换流站直流极线无线电干扰抑制措施的建议方案。
1 无线电干扰产生的原因及其抑制方法
1.1RI干扰产生的原因
UHVDC输电系统无线电干扰主要来自换流阀、线路电晕放电和绝缘子局放[7]。
1．换流阀产生无线电干扰
换流阀在触发开通或换相结束而关断的瞬间，阀电压突变。突变电压通过以下两种模式进行传播：
1)偶极辐射向空间传播高频电磁干扰。该干扰受阀厅的屏蔽，对阀厅外几乎不产生无线电干扰；
2)由阀的均压电容及紧密临近的杂散电容和电感产生高频振荡[8]。这些高频振荡电流分别经过换流变和平波电抗器进入交、直流开关场，引起开关场内电气设备及交直流线路的辐射干扰[9]。
2．线路电晕放电产生无线电干扰
线路的表面场强一旦超过空气的起晕电压强度就会出现电晕放电。电晕放电一定伴随RI干扰，其干扰大小与线路电压等级、空气介质和气候等条件有关。一般认为，在换流站及其周围一定区域内，电晕放电引起的无线电干扰低于换流阀引起的无线电干扰[10]。
3．绝缘子局部放电产生无线电干扰
绝缘子承受的电压一旦超过其闪络值就会出现放电。理论及实测均表明，放电产生的无线电干扰小于换流阀引起的RI干扰。
1.2 RI干扰抑制方法
换流阀产生的无线电干扰主要通过在出线上安装RI滤波器加以抑制，线路电晕放电引起的无线电干扰则通过改变线路的线型和对地高度等措施进行抑制，绝缘子局放产生的RI干扰可通过改变绝缘子的型式加以削弱。2 RI干扰限值
2.1 直流工程RI干扰限值
现有换流站RI干扰通常执行的规范要求为：对应于额定直流输送功率0.1~1.1p.u.范围内，在规定的测量位置和轮廓线处，由换流站产生的频率在0.5~20MHz的无线电干扰限值为100μV/m[10]，即40dB（μV/m）。
规定的测量位置为：距离换流站或临近的向换流变供电的交流开关场内的任何带电元件450m圆周上以及从该圆周到距被测线路最近一根导线150m处的P1到离换流站5km远，且距同一导线40m处的P2间的直线段上，见图1。
图1 换流站无线电干扰测量位置示意图
Fig.1 Diagram of measuring radio interference from converter valves at converter substations
针对高压直流输电的研究表明：±500kV直流输电线路电晕产生的无线电干扰限值适宜取与交流500kV线路的限值一致，为55dB（μV/m）[11]。中国南方电网公司的研究成果则认为，±800kV直流输电线路的无线电干扰限值可以适当放宽。因此推荐采用58dB（μV/m）作为±800kV直流输电线路的无线电干扰限值[12]。值得指出的是，无论55dB（μV/m）还是58dB（μV/m），均对应距边导线投影20m的测量点。
2.2 交流系统RI干扰限值
我国国标《高压交流架空送电线路无线电干扰限值》规定[13]：频率为0.5MHz时，高压交流架空输电线路的无线电干扰限值如表1所示。
表1 高压交流线路无线电干扰限值（距边导线投影20m处）Tab.1 Limits of RI from AC high voltage overhead transmission line (20m away from measuring line)
电压/kV 110 220~330 500
无线电干扰限值/dB(μ
V/m)
46 53 55 注：无线电干扰限值是指好天气下，无线电干扰场强在80%时间、具
有80%置信度不超过的规定值。
3 换流阀产生的RI 干扰计算
3.1 计算条件
特高压直流输电的换流器采用2组12脉动换流单元串联接线型式[9]，如图2所示。其中，每个12脉动换流单元（12p ）由2个6脉动换流单元（也称为三相桥式全控换流器）以直流侧串联、交流侧并联的方式构成（见图2）。这是为了有效抑制换流阀产生的注入
交流系统及直流线路的谐波。图中，ACF 和DCF 分别表示安装在交、直流出线端的滤波器，其目的主要是削弱换流器产生的次数低于51次的低频谐波。同时，交流滤波器还担负补偿换流阀无功需求的任务。特高压直流输电换流站的交流滤波器（ACF ）需要安装20组之多，而直流滤波器（DCF ）只需要装设3-4组即可[10]。交、直流滤波器的参数见表2和表3。图2中
T1、T2分别指两种不同接线型式的换流变；Ld 代表平波电抗器。
计算时，不计直流PLC/RI 滤波器，直流极线对地高度取20m 。
表2 UHVDC 换流站交流滤波器参数
[10]
Tab.2 Parameters of UHVDC ac filters
双调谐滤波器11/13
双调谐滤波器24/36
C 1/µF
1.617    1.617 L 1/mH 43.82 7.25 C 2/µF 57.80 9.701 L 2/mH    1.226    1.209 参数
R/Ω
2000
500
表3 UHVDC 换流站直流滤波器参数ac reactor
[10]
Tab.3 Parameters of UHVDC dc filters
双调谐滤波器
12/24 双调谐滤波器
12/36 C 1/µF
2    2 L 1/mH 11.71    6.46 C 2/µF 9.05    3.75 参数
L 2
/mH
5.84
11.35
从图1可知，直流工程规定的换流站直流出线的无线电干扰测量点与被测直流极线的距离并不固定，而是在40～150m 之间变化。线路电晕产生的无线电干扰限值则仅仅针对距边导线投影20m 处而言（见表1），因此，为了将换流阀产生的无线电干扰与直流输电线
路电晕产生的RI 干扰作比较，将图1所示的换流站无线电干扰测量位置P 1和P 2修改为图3的P 3和P 4。即从距离换流站或临近的向换流变供电的交流开关场内的任何带电元件450m 圆周到距直流极线20m 处的P3点，以及到离换流站5km 远、且距同一导线20m 处的
P4点之间的直线段。
图2 特高压直流输电换流器单极电路图 Fig.2 Circuit of each pole of UHVDC converters
图3 修改后的换流站无线电干扰测量位置示意图
Fig.3 Diagram of amended measuring radio interference
from converter valves at converter substations
3.2 换流阀产生的RI 干扰
针对3.1节所述的特高压直流输电系统，采用直流输电专用高频仿真软件，计算出特高压直流输电直流极线上P3、P4点的RI 干扰如表4所示。
表4 直流极线上P3、P4点无线电干扰计算值（换流阀产生） Tab.4 Radio interference of P3、P4 on dc pole line (from converter valves)
f
/MHz  P3点RI 干扰
/ dB（μV/m ）
P4点RI 干扰 / dB（μV/m ）
0.5 67.287 52.887 0.6 64.099 49.699 0.7
60.490
46.090
0.8 58.522 44.122 0.9 54.780 40.389 1.0 52.621 38.221 1.12 23.073 8.6728 1.23 44.268 29.868 1.35 32.691 18.291 1.42 39.640 25.240 1.5 32.612 18.213 2.0 18.725    4.3015 2.26 22.484 8.0844 2.36    2.4891 -11.911 2.47 12.582 -1.8178 3.0 16.489    2.2503 3.5 15.760    1.3456 4.0 16.036    1.6363 4.5 14.638 -0.0886 5.0    5.5612 -8.8389 5.21 -6.1106 -20.511 6.0    1.7120 -12.688 7.0 -6.6461 -21.046 8.0 -15.789 -30.189 9.0 -11.735 -26.135 10.0
-13.735
-28.135
4 直流输电线路电晕产生的RI 干扰计算
4.1 计算公式
1982年，国际无线电干扰特别委员会（Comit é International Sp écial des Perturbations Radiolectriques ，CISPR （法文），也即International Special Committee on Radio Interference （英文））提出如下计算双极直流线路电晕产生的无线电干扰公式
max 20
[38  1.6(24)46lg 5lg ]33lg
f w
E g r N D E E =+−++++∆+∆（1）
式中 E 为无线电干扰电平，dB （μV/m ）；r 为子导线半径，cm ；N 为分裂导线数；D 为距正极性导线的
距离，m ；w E ∆是气象修正项，dB （μV/m ）。文献[8]指出：大气条件对直流输电线路无线电干扰的影响较为复杂，因此，美国EPRI 和BPA 的试验研究结果认为：直流输电线路无线电干扰随着湿度增加有减小的趋势，随着温度增加有增加的趋势，而气压的改变对无线电干扰没有明显影响；f E ∆为无线电干扰频率修正
项，dB （μV/m ）；max g 为直流导线表面最大场强，
kV/cm 。
直流输电线路电晕引起的无线电干扰的频率修正公式[8]如下：
25[12(lg10)]f E f ∆=−
（2）
式中 f E ∆是频率为f 时，相对于0.5MHz 的无线电干扰场强的增量，dB （μV/m ）
；f 为测量频率，MHz 。
式（2）适用于0.15～30MHz 频段。
4.2 直流输电线路电晕产生的RI 干扰
直流输电线路电压±800kV ，极间距22m ，分裂导线数为5~8根，均采用正多边形对称布置方式。分裂间距为450mm 。计算地点为距正极导线外投影20m 处，频率为0.5MHz 。考虑到UHVDC 直流架空导线的对地高度在20m 左右，因此本计算考虑了4种导线对地高度，分别为16m 、18m 、20m 和22m 。
根据式（1），针对不同导线对地高度，UHVDC 直流架空线路电晕引起的无线电干扰计算结果如表5所示。
表5 直流极线上无线电干扰计算值（直流架空线路电晕产生，0.5MHz 频率下）              单位：dB （μV/
m ） Tab.5 Radio interference from corona of dc pole line at frequency of 0.5MHz                unit: dB （μV/m ）
导线
型号
5×L GJ- 630 /45
5×L GJ- 720 /50 6×L GJ- 500 /35 6×L GJ- 560 /39 6×L GJ- 630 /45 6×L GJ- 720 /45 8×L GJ- 400 /35 16 58.03
57.07
54.65
54.27
53.84
52.40
48.59
18 57.28 56.20 53.77 53.40 52.97 51.55 47.72
20 56.42 55.35 52.91 52.51 52.12 50.71 46.86
导线对地高度/m
22
55.58 54.52 52.07 51.71 51.28 49.89 46.03
为求取1.0MHz 、5.0MHz 和10.0MHz 频率点的
RI 干扰，先由式（2）算出这些频率下的RI 干扰频率
修正值f E ∆，分别为-5dB 、-23.865dB 和-35dB ，再通过下式计算RI 干扰
0f
E E E =+∆          （3）
式中 E 为不同频率点的RI 干扰，dB （μV /m ）；E 0
为不计频率修正的RI 干扰，dB （μV /m ）。
相应频率下的无线电干扰计算结果见表6～表8。
表6 直流极线上无线电干扰计算值（直流架空线路电晕产生，1.0MHz 频率下）            单位：dB （μV/m ） Tab.6 Radio interference from corona of dc pole line at frequency of 1.0MHz                unit: dB （μV/m ）
导线型号
5×L
GJ- 630 /45
5×L GJ- 720 /50 6×L GJ- 500 /35 6×L GJ- 560 /39 6×L GJ- 630 /45 6×L GJ- 720 /45 8×L GJ- 400 /35 16 53.03
52.07
49.65
49.27
48.84
47.4
43.59
18 52.28
51.2
48.77
48.4
47.97
46.55
42.72
20 51.42 50.35 47.91 47.51 47.12 45.71 41.86
导线对地高度/m
22
50.58 49.52 47.07 46.71 46.28 44.89 41.03
表7 直流极线上无线电干扰计算值（直流架空线路电晕产生，5.0MHz 频率下）      单位：dB （μV/m ） Tab.7 Radio interference from corona of dc pole line at frequency of 5.0MHz                unit: dB （μV/m ）
导线型号
5×L
GJ- 630 /45
5×L GJ- 720 /50 6×L GJ- 500 /35 6×L GJ- 560 /39 6×L GJ- 630 /45 6×L GJ- 720 /45 8×L GJ- 400 /35
16 34.17 33.21
30.79
30.41
29.98
28.54
24.73
18 33.42 32.34 29.91 29.54 29.11 27.69 23.86
导线对地高度
20
32.56 31.49 29.05 28.65 28.26 26.85 23.00
/m
22
31.72 30.66 28.21 27.85 27.42 26.03 22.17
表8 直流极线上无线电干扰计算值（直流架空线路电晕产生，10.0MHz 频率下）        单位：dB （μV/m ） Tab.8 Radio interference from corona of dc pole line at frequency of 10.0MHz                unit: dB （μV/m ）
导线型号
5×L
GJ- 630/45
5×L GJ- 720/50 6×L GJ- 500/35 6×L GJ- 560/39 6×L GJ- 630/45 6×L GJ- 720/45 8×L GJ- 400/35 16 23.03
22.07
19.65
19.27
18.84
17.4
13.59
18 22.28 21.2 18.77 18.4 17.97 16.55 12.72
20 21.42 20.35 17.91 17.51 17.12 15.71 11.86
导线对地高度/m
22
20.58 19.52 17.07 16.71 16.28 14.89 11.03
5 换流站无线电干扰比较
国网公司组织攻关的研究项目“特高压直流输电架空输电线路电磁环境限值研究”及“导线截面和分裂型式”
的研究成果认为[9]：采用6*720mm 2导线，极导线对地最小高度取18m 时，可以满足电磁环境限值要求。对此，本文将上述计算结果归纳整理成只针对
6*720mm 2导线、极导线对地距离为16～22m 的RI 干扰计算，见表9。相应的RI 干扰曲线如图4所示。
表9 直流极线无线电干扰比较一览表（距极线外投影20m 处，6*720mm 2导线型号。）      单位：dB （μV/m ） Tab.9 Comparisons for Radio interference on dc pole line (20m away from measuring line)            unit: dB （μV/m ）
换流阀产生
的RI 干扰 P3点
P4点
直流线路电晕产生的RI 干扰
频率
/MHz
H=20m H=16m H=18m H=20m H=22m 0.5
67.287 52.887 52.40 51.55 50.71 49.89 1.0
52.621
38.221
47.4
46.55
45.71
44.89

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