电力论文
船舶动态监控是指通过技术手段实时监控船舶的所在位置，从而对船舶的安全生产和船期执行情况做到远程实时跟踪。由于水上航运密度的明显增加和船舶平均吨位的大幅增长,大型轮船碰撞和触礁事故时有发生，于是船舶监控技术用于狭窄水域、内河和港口的船舶交通监控系统(VTMS)得到迅速的发展和普及，给输电线路的跨江(河)建设带来了新的协调问题。
目前船舶监控系统正朝着监控无盲区和可靠易操作方向发展，最近中国海事局全面推广建设通用船舶自动识别系统(AIS)岸基网络。该网络系统覆盖了中国所有的沿海水域和内河四级以上高等级航道，并成为全球规模最大的AIS岸基网络系统。截至2011年3月31日，中国沿海和内河已有2万艘船舶配备了船载AIS设备，2012年7月1日前，全国将有13.4万余艘运输船舶完成配备。
1、船舶监管系统
1.1雷达系统布局
长江三峡—葛洲坝船舶监管系统由德国ATLAS公司设计制造，2008年开始在三峡河段全面投入使用，是目前国内内河先进的通航指挥系统；系统由7个雷达站、15个电视监控站、3个VHF通信基站、1个AIS(海事自动识别系统)基站、1个GPS差转站和三峡通航指挥VTS中心组成。系统投入使用后，将在三峡通航局辖区59km河段织就一张安全保护网，并撑起一个自动化的船舶指挥调度系统。该系统在凤凰岭设置有雷达站(工作频率为9375MH)和电视监控站，覆盖区域见图1。
1.2输电线路建设进展
长江三峡船舶监管系统凤凰岭雷达站及电视监控设备，位于早先已建(2008年前)的三(峡)万(州)500kVI、Ⅱ回输电线路之间，与三万I、Ⅱ回输电线路最近距离分别为163.5m和225.6m；距待建三(峡)荆(门)500kVI、Ⅱ、Ⅲ回输电线路最近距离932.6m，距最近杆塔距离1055.4m，三荆线导线弧垂最低点海拔高度均高于已建的三万I回500kV线路导线弧垂最低点的高度。凤凰岭雷达站与多条输电线路相对位置见图2。
由于多条已建输电线路和新建的三荆线的存在，可能对三峡船舶监管系统中的凤凰岭雷达站造成信号干扰、雷达盲区和目标跟踪丢失等影响，导致通航指挥中心无法对该水域进行安全监视和提供信息服务，安全管理出现失控。
2、技术分析
2.1雷达信号干扰
(1)高压输电线路产生的无线电干扰，是由导线电晕放电、绝缘子和金具火花放电引起的。通过傅立叶分析和大量的实测数据验证表明，架空电力线的电晕干扰的频谱幅值较高，但是这种干扰的占有带宽有限，输电线路电晕放电的主要能量集中在0.15～10MHz频率范围，在30MHz以上频段产生的无线电干扰电平很低；根据经验30MHz以上频段无线电干扰(TVI干扰)大部分由绝缘子或金具火花放电产生，而这些缺陷较容易通过定时的巡检予以解决。
(2)在输电线路上导线的电晕脉冲频谱分量本身在高端已很小，同时又不能有效地辐射到空间，因此在30MHz以上频段，国内外研究都已证实输电线路的干扰很小。高压输电线路产生的无线电干扰的定量计算公式，文献[4]18号出版物给出的频率衰减特性只适应于4MHz以下频段，更高段频率的定量计算公式少见文献介绍。由武汉高压研究院、空军装备研究总院第二研究所，国家广电总局规划设计院等单位联合，在国家电网公司1000kV特高压输电线路试验线段进行了测量，测量点为最边相导线对地投影外20m处。结果为30MHz～1000MHz频段无线电干扰准峰值频谱(120kHz带宽)的测量值，表明30MHz以上频段的无线电干扰水平总体较低，在30MHz以上基本小于25dB(μV/m)，而且很难从当地的背景无线电噪声中辨别出来。
(3)凤凰岭雷达站工作频率为9375MH，与500kV三万I、Ⅱ回输电线路最近距离分别为163.5m和225.6m，在此近距离环境下雷达站和电视监控站均能正常安全运行多年，说明500kV线路对雷达站和电视监控站信号干扰影响很小。
2.2二次辐射和反射
大型金属构架大多具有二次辐射和反射这两重特性，处于雷达站附近的各种大型金属构架均属于辐射体和反射体，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和反射电磁波。这些电磁波的幅度和相位与原激发(入射)电磁波不同，在雷达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。船舶监管系统雷达站要求应避开经常有强电磁干扰、较大震动或强噪声的地方，但没有具体的说明执行细节，输电线路与船舶监管系统雷达站的安全间距很少见文献和标准介绍，查到相关类似标准和文献有以下三条。
(1)工作在9340MH～9400MH频段的精密进近雷达站的周围场地及其环境要求为：精密进近雷达站场地周围应平坦开阔。在其覆盖区、距天线500m范围内，不应有高于以仰角天线(位于零度)反射体下部为基准的0.5°垂直张角的地形地物。
(2)工作频率在80MH～3000MH频段内的对空情报雷达站，在有源干扰不可避免的条件下，容许有不大于5%的探测距离损失；电磁障碍物对雷达探测距离影响的损失，不超过探测距离的5%。
(3)根据文献[8]提供的雷达距离方程可知，在只允许发射功率改变其它参量不变的情况下，这5%的探测距离损失可等效为允许雷达发射功率降低0.9dB。国网电力科学研究院利用电磁“缩尺比”进行了对米波段雷达电磁波能量的衰减效应试验，结论表明交流特高压输电线路对电磁波的衰减效应量大部分情况下不超过0.9dB，线路与天线的距离在超过一定程度后，衰减量的变化趋于与平缓。
从以上叙述可定性的说，已建和新建新建三荆线对三峡船舶监管系统中的凤凰岭雷达站信号可能造成二次辐射和反射，降低雷达电磁波能量的探测效能。但影响是否超过三峡船舶监管系统的容忍值，由于没有可依据的国家和行业标准难以界定。
2.3目标跟踪丢失
目前高压输电线路对雷达站影响的安全距离要求主要是针对雷达视频信息，但不包括雷达跟踪信息；输电线路对船舶监管系统雷达跟踪信息的影响，主要表现为在雷达的波束探测范围内，雷达视频上会形成一条亮线，该亮线对水上目标的探测不会造成影响，对正常航行目标的跟踪影响也很小，但对亮线处的机动目标会产生跟踪丢失的情况。
船舶监管系统对机动目标产生跟踪丢失是一客观固有现象，原因可能是多种随机因素的总和，如长江跨越桥梁的影响就比较大。输电线路在雷达视频上形成的亮线，对机动目标产生跟踪丢失的慨率目前还没有量化为一项可控的技术指标。
3、协调与处理
3.1雷达站与已有输电线路
(1)三万I、Ⅱ回500kV输电线路于2008年前建成投产运行,凤凰岭雷达站和电视监控站后建于三万I、Ⅱ回之间，且距离三万I、Ⅱ回距离很近，最近距离分别为163.5m和225.6m，凤凰岭雷达站和电视监控站也正常运行多年。
(2)凤凰岭雷达站在设计选址、设备招标阶段，为避免高压输电线路(三万I、Ⅱ回)的影响作为问题提出，明确要求设备供应商根据场地实际情况，采取相关技术避免高压输电线路的影响；中标商德国ATLAS公司经过现场踏勘、测试，在技术协调备忘中明确了将解决高压输电线路的影响。
(3)已有的高压输电线路对雷达站的影响并非不存在，只是在系统设计和研发中已经考虑了这个问题，并采取了措施，使凤凰岭雷达站至今能正常安全运行。
3.2雷达站与待建输电线路
(1)待建三荆I、Ⅱ、Ⅲ回500kV输电线路位于凤凰岭雷达站下游约1km处，距线路最近距离932.6m，距最近杆塔距离1055.4m，其间距远远大于三万I、Ⅱ回输电线路。
(2)输电线路长江大跨越建设需长江航道封航施工，因三荆I、Ⅱ、Ⅲ回输电线路对凤凰岭雷达站的影响没有进行评估和处理，通航管理部门不予配合，建设迫于暂时停工。
3.3协商解决
鉴于，待建三荆I、Ⅱ、Ⅲ回500kV输电线路对船舶监管系统的影响难以定论，以及“对机动目标会产生跟踪丢失的情况”的分歧意见，采取对船舶监管系统进行实船测试调试，期望通过软件调整和升级予以解决，确保三峡船舶监管系统的正常运行。
4、测试调试方案
4.1测试目的
由于三荆500kV线路工程的建设，可能对凤凰岭雷达站的工作产生影响，为此需对原雷达系统进行软件升级处理，来尽量减少影响。本次将通过实船测试，进一步掌握跨江输电线路对雷达工作影响程度，检验技术处理效果，确保系统对目标的连续跟踪。
4.2测试内容及方法
(1)静态目标定位精度测试
①在过江高压电线下方的水域选择1个已知坐标位置的观察点，该点的坐标精度应优于1.5m，有效反射面积尽可能小；②在VTS中心对该目标进行跟踪，计算该静态目标的位置数据；③选取5个不同的位置，重复上述操作；④比较实测数据和真值，分别计算测量误差。
(2)动态目标定位精度测试
①配有高精度DGPS的AIS设备测试船舶通过过江高压电线下方的水域；②在VTS中心对该目标进行跟踪，以凤凰岭雷达数据处理设备为主跟踪处理器，在1km～3km之间进行跟踪，连续跟踪时间不小于5分钟，记录距离、方位、航向、速度等数据；③选取5条不同的航线，重复上述操作；④比较实测数据和真值，分别计算测量误差。
(3)跟踪目标测速误差测试
①配有高精度DGPS的AIS设备测试船舶通过过江高压电线下方的水域；②测试船舶以10kt的速度作匀速直线运动，并维持此速度航行10分钟；③在VTS中心对该目标进行跟踪，以凤凰岭雷达数据处理设备为主跟踪处理器，在1km～3km之间进行跟踪，连续跟踪时间不小于5分钟，记录距离、方位、航向、速度等数据；④选取5条不同的航线，重复上述操作；⑤比较实测数据和真值，分别计算测量误差。
(4)跟踪目标追越、会遇、交叉跟踪可靠性测试
①用2艘测试船舶上配置高精度DGPS的AIS进行跟踪测试；②两测试船舶在距凤凰岭雷达站1Nmile处相距100m，甲在前以7kt的航速航行，乙在后以14kt的航速航行，过江高压电线下方的水域追越；③在用VHF通知甲、乙测试船舶进行追越，并在乙追上甲后，两船保持25m的横向间距并行航行，使两测试船舶的雷达回波在显示器上重合；④测试船舶乙加速越过甲，并加大与甲间的横向距离，继续前行；⑤测试船舶乙与甲的距离拉开后，转向返回与甲形成对遇航行，进行对遇情况下的跟踪可靠性试验；⑥两船交叉航行，速度由船长决定，当两船距离拉开后，甲船以距乙船25m间距过乙船船尾；⑦以上试验反复进行5次到10次；⑧在VTS中心的操作工作站的显示器上观察两船的跟踪情况，若仍能保持两船的跟踪不交换、不丢失，便判为成功，否则为失败。
4.3测试设备
(1)2艘装备有DGPSAIS的测试船舶，用于目标位置和运动准确值的测试；(2)1艘用于分辨力测试和检测能力测试的小船(玻璃钢船或木船)；(3)2个有效反射面积分别为1m2、10m2反射球及2根不短于3m的介质支杆；(4)测试船舶2艘，用于保障测试现场水域的相关安全船舶；(5)VHF两套、GPS船端测量设备两套、笔记本两台、网线及小交换机等。
4.4测试人员任务及分工
(1)系统提供方ATLAS公司
确认验收试验内容、方法和测试结果的处理方法及测试验收结论；协助系统的操作；协助进行测试数据的处理；协助进行测试报告的编写和审核；为本次验收所需的系统运行条件提供保证，及时排除系统可能出现的各类故障和突发事件，对此项测试验收组作出书面说明(事件或故障原因、类别、处理解决方法和处理所用时间)；协助进行验收测试操作过程的管理和监督。
(2)三峡通航管理局
测试涉及通航安全处、设备技术处、通信信息中心、指挥中心、海事航道等部门，分船上和指挥中心两处测试地点。主要任务包括：进行系统整体性能验收测试大纲(验收测试内容、方法和测试结果)编写和审查；组织系统整体性能各个环节的验收；指挥或操作系统和测试工器具；读取、记录和处理各项验收数据；评价系统整体性能测试验收结果。
5、遗留问题
输电线路对船舶监管系统的影响，该现象近年来有所反映。通过本次多条输电线路(已建和待建)影响长江三峡船舶监管系统的分析、处理和解决过程，有以下几点可以总结。
(1)输电线路对船舶监管系统中各设备的电磁影响程度，没有成熟的计算公式、有效量化方法和界定标准。需在理论计算和现场实测的基础上，确立相关规程规范。
(2)输电线路在雷达视频上形成的亮线，对机动目标产生跟踪丢失的慨率目前还没有量化为技术指标，这种现象是否可控还需继续研究。
(3)采用船舶监管系统软件调整和升级的解决方案，其效果和效能有待实践中证实，能否从根本上解决工程中出现的问题值得探讨。
参考文献：
[1]关于三峡地下电站——荆门换流站500kV线路工程对三峡——葛洲坝船舶监管系统影响的函[R]．长江三峡通航管理局，2010．
[2]关于三峡地下电站——荆门换流站500kV线路工程对三峡——葛洲坝船舶监管系统影响的回函[R]．中南电力设计院，2010．
[3]关于高压供电线及铁塔对雷达站影响情况说明[R]．交通运输部规划研究院，2010．
[4]长江三峡--葛洲坝船舶监管系统实船测试调试方案及处理概算[R]．武汉：中南电力设计院，2011．
[5]邬雄，等．1000kV交流特高压输电线路无线电干扰研究[R]．武汉：国网武汉高压研究院，2008．
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[8]GB13618－92，对空情报雷达站电磁环境防护要求[S]．
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