淺析輸電線諧波輻射現(xiàn)象

周志為

摘 要：輸電線諧波輻射是指地面電力系統(tǒng)在50或60Hz的諧波頻率上輻射ELF/VLF電磁波到高空電離層、磁層中的現(xiàn)象。 作為近地空間環(huán)境的一種人工污染源，這一現(xiàn)象在國外頗受關(guān)注，但國內(nèi)相關(guān)的研究資料還相當(dāng)少。本文首先介紹了輸電線諧波輻射現(xiàn)象，接著對輸電線諧波輻射與磁層線輻射之間的區(qū)別和聯(lián)系進行闡述，最后介紹了輸電線諧波輻射現(xiàn)象的影響以及研究這一現(xiàn)象的意義。

關(guān)鍵詞：輸電線諧波輻射 磁層線輻射 近地空間環(huán)境

中圖分類號：TM711 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（c）-0079-01

大量地基觀測和衛(wèi)星探測實例已經(jīng)表明，電力系統(tǒng)輻射的諧波不僅會影響公用電網(wǎng)和其他地面系統(tǒng)的運行，而且會傳播到高空電離層和磁層，在一定條件下對其造成擾動，這種現(xiàn)象稱為輸電線諧波輻射（Power Line Harmonic Radiation，簡稱為PLHR）。

1 輸電線諧波輻射的首次發(fā)現(xiàn)

輸電線諧波輻射現(xiàn)象第一次被發(fā)現(xiàn)是在1975年，當(dāng)時美國斯坦福大學(xué)的研究學(xué)者Helliwell等在分析Siple站（位于南極洲）和Roberval站（位于加拿大，與Siple站互為地磁共軛點）的電磁觀測數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)在時頻圖中2～5 kHz頻率范圍內(nèi)存在一些平行譜線，有些平行譜線的頻率間隔約為120 Hz。這些學(xué)者認為這可能是由加拿大電力系統(tǒng)（電網(wǎng)頻率為60 Hz）中長輸電線的諧波輻射到高空電離層和磁層引起[1]。

2 輸電線諧波輻射與磁層線輻射

自從輸電線諧波輻射現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，很多國外學(xué)者都開展了深入研究。二十世紀(jì)八九十年代，已經(jīng)有大量的類似事件被觀測到，其中大多數(shù)是地基觀測實例，少數(shù)幾例為衛(wèi)星探測實例。這些實例中的頻率譜線很多都有偏移，并不是準(zhǔn)確地以50/100Hz或60/120Hz為頻率間隔，因此學(xué)者們稱這些事件為磁層線輻射（Magnetospheric Line Radiation，簡稱為MLR）。隨后，磁層線輻射是否就是輸電線諧波輻射，或者是否是由輸電線諧波輻射引起等問題成為學(xué)者們研究和爭論的焦點。

2006年，法國學(xué)者Nemec等利用DEMETER衛(wèi)星的探測數(shù)據(jù)觀測到了72例典型的輻射事件。他們將這些事件分為兩類，一類是輸電線諧波輻射事件，共有49例。在時頻圖中，輸電線諧波輻射事件表現(xiàn)為水平的幾條頻率譜線，譜線頻率為50或60Hz的諧波頻率，譜線頻率間隔分為50/100 Hz和60/120 Hz，頻率間隔為50/100Hz的輻射事件主要發(fā)生在歐洲上空，頻率間隔為60/120 Hz的輻射事件主要出現(xiàn)在美國上空和日本東北上空。也就是說，輸電線諧波輻射事件的譜線頻率和頻率間隔都與當(dāng)?shù)氐孛骐娋W(wǎng)頻率相對應(yīng)。因此，他們認為輸電線諧波輻射是由地面電力系統(tǒng)輻射的諧波直接傳播到高空電離層引起。

另一類是磁層線輻射事件，共有23例。通過研究發(fā)現(xiàn)，磁層線輻射特性與輸電線諧波輻射特性明顯不同：（1）磁層線輻射的強度比輸電線諧波輻射的大，輸電線諧波輻射的強度通常比較微弱；（2）磁層線輻射持續(xù)的時間比輸電線諧波輻射長，有的磁層線輻射事件甚至能持續(xù)2 h；（3）在時頻圖中，磁層線輻射事件形成的頻率譜線帶寬也比輸電線諧波輻射的大，輸電線諧波輻射事件的頻率譜線帶寬最大不超過3 Hz[2-3]。

通過Nemec等的研究可知，輸電線諧波輻射與磁層線輻射是兩種不同的現(xiàn)象，它們都存在于電離層和磁層中。

3 輸電線諧波輻射的影響及研究意義

目前，國外多數(shù)學(xué)者認為，隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展和電力電子設(shè)備應(yīng)用的增加，輸電線諧波輻射現(xiàn)象將變得愈加明顯。輸電線諧波輻射在一定條件下會影響電離層和磁層的狀態(tài)，而且可能會與電離層中的帶電粒子相互作用，觸發(fā)強度更大、頻帶更寬的輻射，這會對電離層環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。因此，研究輸電線諧波輻射現(xiàn)象對于認識地球的近地空間環(huán)境，特別是電離層環(huán)境，具有重要科學(xué)價值[4]。

4 結(jié)論

輸電線諧波輻射是一種存在于電離層、磁層中但與磁層線輻射不同的現(xiàn)象，該現(xiàn)象對電離層環(huán)境會產(chǎn)生一定影響，對其進行研究有助于我們認識地球的近地空間環(huán)境。

參考文獻

[1] Helliwell R A，Katsufrakis J P， Bell T F， Raghuram R.VLF line radiation in the Earths magnetosphere and its association with power system radiation [J]. J.Geophys.Res.，1975，80（31）：4249-4258.

[2] Nemec F，Santolik O，Parrot M， Berthelier J J.Power line harmonic radiation（PLHR）observed by the DEMETER spacecraft[J].J.Geophys.Res.，2006，111：A04308.

[3] Nemec F.，Santolik O.，Parrot M.，Berthelier J.J..Comparison of magnetospheric line radiation and power line harmonic radiation：A systematic survey using the DEMETER spacecraft[J]，J.Geophys.Res.，2007，112，A04301.

[4] 吳靜，付靜靜.地震電磁衛(wèi)星監(jiān)測輸電線諧波輻射研究綜述[J].地震學(xué)報， 2011，33（6）：828-836.endprint