磁計量站建設(shè)中若干干擾源計算問題的探討

【摘要】為了降低磁測量過程中的干擾，定量計算了幾種典型的干擾源。計算結(jié)果表明，高壓輸電線對弱磁測量的影響最大，欲使1000A的輸電線路對磁測量的干擾降低至2nT以下，則磁測量站應(yīng)距其一百公里甚至更遠(yuǎn)。對于鐵路或者公路交通，在距離其1km以外基本可以忽略其帶來的磁干擾的影響。

【關(guān)鍵詞】干擾源；磁測量；磁場；高壓輸電線；鐵路交通

1.引言

為了避開復(fù)雜多變的人為磁場干擾，目前，具有世界磁學(xué)計量先進(jìn)水平的國家基準(zhǔn)和高水平的弱磁標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)地址大多選擇在偏遠(yuǎn)的山區(qū)、湖邊、島上。例如：俄羅斯的馬眼湖、美國的關(guān)島、日本的淡路島以及我國的北京香山櫻桃溝和宜昌執(zhí)笏山等弱磁計量實驗室的選址都體現(xiàn)了這一點[1]。然而干擾源的磁干擾究竟有多大，距離干擾源多遠(yuǎn)距離處可以忽略其測量的影響，尚未見有文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)的計算。本文給出了計算若干磁干擾的計算方法，并詳細(xì)計算了這些干擾的量值。

2.高壓輸電線的磁場

隨著高壓輸電線路電壓等級的不斷提高，輸電線路走廊的電磁輻射成為高壓輸電線路需要考慮的重要問題之一，在進(jìn)行磁測量時需要考慮其所帶來的影響。將輸電線路簡化為無限長直導(dǎo)線時，可以用模擬電流法和模擬電荷法計算其工頻磁場，圖1為某高壓輸電線下方的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布[2]。

實際上，電流引起的磁場計算可按照簡化的公式（1）[3]進(jìn)行：

（1）

取電流為1000A，則根據(jù)上式可以算出不同距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，具體數(shù)據(jù)見表1。表1中的數(shù)據(jù)與圖1中的數(shù)據(jù)是相符的。

目前我國地磁臺站到輸電線路之間的水平距離一般為數(shù)十km，其產(chǎn)生的磁干擾大約為數(shù)個nT，低于地磁日波動，輸電線路的影響基本可以忽略。

3.鐵路交通線的影響

列車由鐵磁性物質(zhì)組成，在地磁場作用下會產(chǎn)生感應(yīng)磁場。列車運(yùn)行時將對其附近的磁測量產(chǎn)生影響。鐵磁體在天然狀態(tài)下被磁化時所具有的磁化強(qiáng)度約在73.6A/m的量級水平，由此可知，1m3的鐵磁體被自然磁化后產(chǎn)生約73.6Am2磁矩[4]。

假定列車長1000米，其截面積為30平方米，列車上運(yùn)輸?shù)呢浳锞鶠殇摬?，且鋼材均被地磁場均勻磁化，可計算出其總感?yīng)磁矩為：

M=1000×30×73.6=2208000Am2

將列車等效為磁偶極子，可知距離其r位置處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：

（2）

上式中為測量點與磁矩的夾角，為真空磁導(dǎo)率常量。根據(jù)此式可以估算出距離列車不同位置處的磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值，詳見表2所示。

由于地磁場的日變幅值可達(dá)±（20～30）nT，當(dāng)有磁暴、磁擾時則更大，由計算結(jié)果可以看出，當(dāng)距離鐵路為1000米時，列車行駛所產(chǎn)生的磁場影響約為0.22nT，在地磁場日變化的干擾背景下已經(jīng)無法識別。理論上講，當(dāng)距離鐵路超過1000米時，非屏蔽條件下的其對磁測量的影響基本可以忽略不計了。實際上，上述計算均選取的較大值，實際的應(yīng)用中列車的尺寸及磁干擾均要小于上述計算結(jié)果。

4.公路交通線的影響

根據(jù)恒定弱磁場標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計要求，汽車引起的磁場變化應(yīng)不大于地磁場自身變化量的三分之一。地磁場在短時間內(nèi)的變化一般不大于5nT，所以汽車引起的磁場變化應(yīng)不大于1.6nT[1]。根據(jù)俄羅斯國家弱磁原始標(biāo)準(zhǔn)的要求，弱磁計量實驗室離一級以上公路的最小距離為0.5km，與本文計算結(jié)果基本一致。實際上，可以按照與列車影響相同的公式來計算公路交通的影響。假定貨車連同其運(yùn)載的純鐵的最大長度為50米，截面積為20平方米，則可計算出其總感應(yīng)磁矩為：

M=50×20×73.6=736000Am2

該磁矩約為列車磁矩的1/30，依然按照公式（2），可估算出離公路不同距離處的磁干擾，詳見表3所示。表3中的結(jié)果與文獻(xiàn)5是相符的。

理論上講，當(dāng)距離公路超過400米時，貨車行駛所產(chǎn)生的磁干擾大約為0.12nT，在地磁場日變化的干擾背景下該信號已經(jīng)無法識別，因此非屏蔽條件下的其對磁測量的影響基本可以忽略不計。

5.結(jié)論

本文詳細(xì)計算了高壓輸電線、鐵路列車、公路交通等干擾源對磁場測量的影響。1000A的輸電線路在距其5km處產(chǎn)生的磁干擾為40nT；長度為1000米的列車在距其5km處產(chǎn)生的磁干擾約為0.02nT；滿載100噸鋼鐵的重型卡車在距其1km處產(chǎn)生的磁干擾不大于0.1nT。

高壓輸電線對弱磁測量的影響最大，欲使1000A的輸電線路對磁測量的干擾降低至2nT以下，則磁測量站應(yīng)距一百公里甚至更遠(yuǎn)。對于鐵路或者公路交通，在距離其1km以外基本可以忽略其帶來的磁干擾的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡傳真，程華富，周鷹.公路對弱磁計量影響的分析[J].計測技術(shù)，2009，4：17-20.

[2]熊蘭.輸電走廊工頻電磁場的測量和解決方案[J].高壓電器，2011，8：97-101.

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[4]任來平.水下鐵磁體的海面磁場計算模型研究[J].海洋測繪，2004，11：16-19.

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