500 kV输电线路铁塔电场效应对天线设备影响研究

王 楠，柏晓路，张 龙，来 瑞，夏永涛

（1.中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550000；2.中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071）

0 引言

坚持节约资源和保护环境，加快建设资源节约型和环境友好型社会，推进绿色低碳循环发展。探索电力行业和通信行业之间的资源整合共享，将成为落实科学发展观和建设资源节约型、环境友好型社会的具体体现和重要途径[1]。

继2018年4月底，国家电网公司、南方电网公司分别和中国铁塔公司签订战略合作协议后，部分公司在电力塔杆上将通信基站、光缆、移动天线等通信设施加装在输电线路杆塔上，形成“共享铁塔”，使得电力廊道资源获得综合利用，一塔多用可以极大节约土地资源，避免重复建设和投资，充分体现了节能理念。

超高压输电线路的高电场对共享铁塔技术方案影响较大，而国内的相关研究较少，因此有必要开展共享铁塔电磁效应对天线设备影响研究[2-6]。

1 基站电场辐射标准

GB 8702——2014《电磁环境控制限值》规定了公众暴露控制限值，限定了不同频率范围内的电场强度限值。

根据《辐射环境保护管理导则—电磁辐射环境影响评价方法与标准》，公众受到的辐射是多种来源的辐射，因此要求各个工程的辐射程度不能超过总限值的几分之一[7]。对于无线通信工作频率，国家环保局审批的工程辐射限值可以取到限值的即8.5 V/m，其他项目可取，即5.4 V/m。

表1 公众暴露控制限值

国际上大多机构采用ICNIRP《电磁场安全限值导则》作为限值标准，也有部分国家制定了本国的辐射标准，如表2所示。

表2 ICNIRP电磁场安全限值

根据场强—功率密度换算公式[7]：

计算可知，ICNIRP在1.8 GHz频段的辐射限值是58.25 V/m，相比而言，我国的辐射标准要比国际上严格得多。

2 输电线路电场效应对天线设备影响

对于电场强度，地面可视为良导体。设输电线可视为平行于地面的无限长直导线，根据输电线路对地的电位，来计算单位长度导线上的等效电荷，由于导线半径r远小于架空线的高度h，因此等效电荷的位置可认为在导线几何中心。采用等效电荷法对输电线路场强进行计算分析。

2.1 计算方法

输电线路电场计算一般采用等效电荷法，该方法适用于不同布置方式的单、双回输电线路。对输电线路导线和处于地电位的地线，都予以考虑，在计算中将分裂导线等效为等值单导线考虑。

根据镜像法，计算输电线路的等效电荷。为了计算多导线的等效电荷，列出矩阵方程如下：

式中：U为导线对地电压的单位列阵；Q为导线上等效电荷的单位列阵：λ为导线的电位系数组成的m阶方阵。

Eρvi，EρHi—分别为垂直和水平地面的分量；

Qi，-Qi—分别为i导线及镜像上单位长度的电荷；

x，y—ρ点的平面目标；

xi—i导线的x坐标值，m；

Hi—i导线的对地高度，m。

对于n相导线在空间ρ点产生的场强，采用叠加原理则得：

求解出Qi值后即可计算ρ点场强Eρ。

2.2 计算参数

分别对单、双回路500 kV输电线路上不同位置处的电场强度进行计算，铁塔尺寸选取标准设计5D1X2和5D2X2的2型直线塔和1型耐张塔。

2.3 天线安装在塔头段或塔身时场强计算

天线设备安装在500 kV单回路铁塔的塔头段或塔身时，铁塔上天线设备处场强见图1、图2所示。

图1 5D1X2-ZM2铁塔上天线设备处场强

图2 5D1X2-J1铁塔上天线设备处场强

由上图可知，场强与输电线路电压有很大关系，电压越高场强越大；同时，场强还与天线设备和输电线路导线之间的垂直距离有关，场强随着垂直距离的增大而减小、且减小速率逐渐减小；场强还与天线设备和输电线路导线之间的水平距离有关，两者之间水平距离越大则场强越小。

天线设备安装在500 kV双回路铁塔的塔头段或塔身时，铁塔上天线设备处场强见图3、图4所示。

图3 5D2X2-Z2铁塔上天线设备处场强

图4 5D2X2-J1铁塔上天线设备处场强

由上图可知，场强与输电线路电压有很大关系，电压越高场强越大；同时，场强还与天线设备和输电线路导线之间的垂直距离有关，场强随着垂直距离的增大而减小、且减小速率逐渐减小；场强还与天线设备和输电线路导线之间的水平距离有关，随着两者间水平距离的增大，场强呈现先增后减的变化趋势，最大值大约出现在边导线正下方。

2.4 天线设备安装在塔顶时场强计算情况

天线设备安装在500 kV单回路铁塔的塔顶时，铁塔上天线设备处场强见图5、图6所示。

图5 5D1X2-ZM2铁塔上天线设备处场强

图6 5D1X2-J1铁塔上天线设备处场强

由图5、图6图可知，场强与输电线路电压有很大关系，电压越高场强越大；同时，场强还与天线设备和输电线路导线之间的垂直距离有关，场强随着垂直距离的增大而减小、且减小速率逐渐减小；场强还与天线设备和输电线路导线之间的水平距离有关，两者之间水平距离越大则场强越小。

天线设备安装在500 kV双回路铁塔的塔顶时，铁塔上天线设备处场强见图7、图8所示。

图7 5D2X2-Z2铁塔上天线设备处场强

图8 5D2X2-J1铁塔上天线设备处场强

由上图可知，场强与输电线路电压有很大关系，电压越高场强越大；同时，场强还与天线设备和输电线路导线之间的垂直距离有关，场强随着垂直距离的增大而减小、且减小速率逐渐减小；场强还与天线设备和输电线路导线之间的水平距离有关，随着两者间水平距离的增大，场强呈现先增后减的变化趋势，最大值大约出现在边导线正下方。

3 结论

超高压输电线路的电场频段远离了GSM通信的工作频段，不会对GSM基站造成影响。

天线设备安装在500 kV单、双回路铁塔的塔头段、塔身或塔顶时，场强与天线设备和输电线路导线间垂直距离有关，场强随着垂直距离增大而减小、且减小速率逐渐减小；场强与天线设备和输电线路导线之间的水平距离有关，设备安装在单回路上时，水平距离越大则场强越小，设备安装在双回路上时，随水平距离的增大，场强呈现先增后减的变化趋势，最大值大约出现在边导线正下方。

天线设备安装在500 kV单、双回路铁塔的塔头段、塔身或塔顶时，场强与铁塔呼高之间的关系不大。

通信设备及天线安装在输电线路塔头段或塔身时，设备及天线与500 kV输电线路导线之间的垂直距离建议不小于13 m；通信设备及天线安装在输电线路塔顶时，设备及天线与500 kV输电线路导线之间的垂直距离建议不小于6 m。