关于共享铁塔电磁环境影响的研究

关于共享铁塔电磁环境影响的研究

徐全胜， 徐峰亮， 张亮， 岳刚毅

国网河南省电力公司信阳供电公司 ，河南 信阳 464000

摘要： 本文对共享铁塔电磁环境评价因子和共享铁塔电磁环境评价因子监测方法开展研究，通过对共享模式下的高压输电 - 通信铁塔进行微波及工频电磁波测量，完善作业场所职业危害因素的监测、评价、及时发现异常提供预警，为防护研究提供理论支持。

关键词： 共享铁塔；电磁环境；异常；预警；防护

0引言

电力与通信共享铁塔（以下简称“共享铁塔”）是指在电力铁塔上加装通信设备，将光缆、移动天线等通信设施附属在输电铁塔本体上，从而实现电力和通信基础设施资源共享。共享铁塔是在“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念指引下提出的一种社会资源共享的新模式，具有如下意义：一是利用输电铁塔搭载通信设施可以有效减少新建通信铁塔基站占用土地资源，保护环境，美化景观，助力美丽中国建设；二是利用密布全国的电力铁塔用于通信建设，可以促进 4G、5G 等通信网络快覆盖、广覆盖，有力支撑“网络强国”战略实施；三是形成电力和通信企业共享合作模式，促进电网企业力高资产利用率，提高经济效益，实现国有资产保值增值和功能放大。共享铁塔作为“共享经济”的典范，已得到电网公司和通信公司的高度关注和大力推动。共享铁塔推广价值巨大、应用前景广阔，因此开展共享铁塔电磁环境的影响是十分必要的^[1]。

1共享铁塔电磁环境评价因子

共享铁塔的电磁环境评价因子为共享铁塔附近的通信频率电磁场，这个电磁场是通信设备（天线）附近的电磁场经线路电磁散射后叠加而成的电磁场。

2共享铁塔电磁环境形成机理

任何一个载流的导体都是一个辐射源。处于电磁场中的一个导体，从电磁场的交互作用原理来看，该导体上会产生正比于该处电磁场强度的感应电动势，这个电动势激励导体，从而在导体上产生感应电流。随着周围电磁场的交变，这个感应电流也是交变的。这个交变电流必然在导体附近的空间产生或形成自己的电磁场，这就是所谓的二次辐射场。二次辐射场强度的大小，取决于导体位置处激发场(基本场)的强弱以及导体本身的物理属性等^[2]。

处在电磁场中的导体，除受激发产生二次辐射外，还对电磁波产生反射作用，形成反射电磁场。反射场的强度大小，与入射场的强弱、反射体的性质、反射体的大小和反射面的特性等有关。

大型金属构架大多具有二次辐射和反射这两重特性，处于无线电台站附近的各种大型金属构架均属于二次辐射体和反射体，它的自身不是辐射源(“无源”)，均因外部电磁场激发产生再辐射或反射电磁波。这些电磁波的幅度和相位与原激发(入射)电磁波不同，在导航台及监测站的接收点对要接收的信号产生干扰，或者说引起测量误差^[3]。

总的来看，无源干扰体有以下几个特点：

（1）干扰物体离接收天线的距离越近，影响也越大。

（2）干扰物对不同极化的电磁场响应不同，二次辐射的强度也不同。垂直导体对垂直极化的电磁杨最敏感。反之垂直导体对水平极化的电磁不敏感，水平导体对垂直极化的电磁场也不敏感。

（3）垂直导体的等效高度越大，对垂直极化电磁波的二次辐射能力也就越强；干扰物的反射面越大，越光滑，反射效率越大，影响也就越大。

所谓高压交流架空送电线的无源干扰，就是指位于无线电台（站）天线阵列附近的高压交流架空送电线和铁塔作为二次辐射体和反射体，受无线电来波激发产生二次辐射或反射电磁波，由于相位和幅值的不同，会改变原入射场的幅值和相位，对于不同类型的接收天线，表现在发射天线方向图上就是出现场形畸变，表现在远端接收天线上就出现信号减弱或重音，表现在远端测向天线就会出现测向误差^[4]。

实际的高压输电线路的导线与杆塔具有体积庞大、结构复杂的特点。目前国内还未有高压输电线路与无线电台站无源干扰计算方法的研究。90年代制定的以国标 13614-92《短波无线电测向台（站）电磁环境要求》为代表的一系列标准中，对无源干扰预测主要根据单个高压铁塔高度所估算出的最大谐振点来确定高压输电线路与台站间防护距离，通常具有较大的安全裕度，而缺乏根据实际线路条件下进行较精确防护计算的模型。当前土地资源稀缺，输电线路走廊与台站的建设寻址本已非常困难，因此，如何合理确定两者的防护间距意义重大。

由于现阶段计算的软硬件功能都有了飞跃式提升，因此专门建立了基于矩量法(MOM)和多层快速多极子(MLFMA)的共享铁塔及线路电磁散射三维仿真模型，可为共享铁塔对周边电磁环境影响评价提供有力的计算工具。

3电磁散射仿真模型的原理

为分析高压输电线路作为大型金属体障碍物对源信号的影响，模型首先将无线电台站的工作天线和金属体障碍物看成一个整体天线，这样就有效的减轻了分析天线和金属体障碍物间相互作用机理的工作量，整个天线系统如图1所示。要求空间任意点的二次辐射场强 E(r) ，必须先求得输电线路上的电流分布。

图1.天线系统示意图

4电磁散射仿真模型的关键技术

本次研究以NEC程序源代码为基础建立的电磁散射仿真计算程序中，所采用的关键技术有：

（1）高压输电杆塔与导线建模过程中，为克服杆塔作为数百米的电大尺寸模型，与尺寸为厘米级的子导线模型剖分计算难以兼顾的矛盾，采用线天线模型代替了面模型，大幅度减少了计算工作量；

（2）选择脉冲基函数和选取狄拉克函数为权函数对EFIE（电场积分方程）进行求解，提高了计算精度；

（3）在选择线性代数方程组的求解方式时，采用多层快速多极子进行迭代加速，提高了模型的计算速度；使用MATLAB编制了接口程序，控制NEC电磁散射计算程序的输入与输出，实现了模型在不同输入参数下多次仿真计算的自动化，以及结果的自动统计。

5结语

本文通过分析通信基站电磁环境影响评价方法的环境影响因子，调研试点共享铁塔的电磁环境影响，分析共享铁塔可能的环境影响并提出影响因子。分析共享铁塔环境影响评价因子的对电磁环境影响的程度和规律，提出电磁环境评价因子的监测方法。研究共享铁塔环境影响评价与竣工验收方法。研究共享铁塔建设项目整个流程的环境影响评价和项目竣工时的电磁环境影响验收方法。

参考文献：

［1]谢枫, 包华, 吴昊. 基于标准模块化通信平台方案的共享铁塔设计[J]. 电子世界, 2019, No.581(23):144-145.

［2]毛晓坡, 韩鸿凌, 刘兴发,等. 通信天线电磁场对共享铁塔线路在线监测设备电磁影响分析[J]. 高电压技术, 2019, 45.

［3]毛晓坡, 付斌, 刘兴发,等. 电力与通信共享铁塔电磁兼容措施技术研究[J]. 高电压技术, 2019, 45.

［4]龚坚刚, 曹枚根, 刘欣博,等. 高压输电线路共享资源分析及共享铁塔供电技术方案探讨[J]. 浙江电力, 2020, v.39;No.288(04):5-13.