用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置及方法
技术领域
1.本发明属于电磁干扰检测领域，特别涉一种用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置及方法。
背景技术：2.随着智能电网建设的不断推进，变电站内各种设备日益趋于智能化。随着5g通信技术商用化，变电站中增加5g通讯设备和5g信号基站等设备已经成为变电站建设的重要部分。然而变电站内的复杂电磁环境，可能导致5g通信设备面临电磁兼容风险。
3.变电站内常见的干扰主要包括带电设备高电压、大电流导致的工频电场、工频磁场，开关操作导致的快速瞬变脉冲群、雷电导致的浪涌过电压等。
4.与变电站内二次设备全部置于具有较好屏蔽性能的主控室不同，5g基站存在置于外部空间的5g天线，并且通过电缆将5g天线和通信基站内的设备相连。这就导致站内的复杂电磁环境会通过电缆的场线耦合进入基站设备端口。由于浪涌过电压可以通过设备端口的浪涌保护器实现抑制，可以不需要专门考虑。而工频电场、工频磁场和快速瞬变脉冲群存在共同耦合到设备端口的情况，相当于在快速瞬变脉冲群干扰上叠加了工频电场和工频磁场，导致容易损坏基站设备的瞬变脉冲群干扰出现一个“基准升高”。简单的直接将产生快速瞬变脉冲群发生器与工频电压或工频电流发生器连接到5g基站端口，必然导致不同发生器存在损坏的风险。
5.为了实现对5g基站在变电站内的性能准确检测，实有必要设计一种用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，以更加真实的模拟这类复杂电磁环境下复合干扰的影响。
技术实现要素：6.本发明的目的在于提供一种用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置及方法，以解决上述技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，包括：
9.电缆；
10.h线圈，套设于电缆外周，用于在电缆上产生工频磁场；
11.若干组耦合板，沿电缆长度方向，分组布置于电缆外周；所述若干组耦合板中一部分组用于在电缆上产生工频电场，另一部分组用于在电缆上产生快速瞬变脉冲群。
12.本发明进一步的改进在于：每组耦合板包括水平设置的第一耦合板、第二耦合板，竖直设置的第三耦合板、第四耦合板；
13.电缆位于第一耦合板、第二耦合板之间，电缆位于第三耦合板、第四耦合板。
14.本发明进一步的改进在于：所述h线圈包括：若干套在电缆外部的c形环；
15.两组相邻的耦合板之间布置一个c形环；
16.相邻c形环通过金属丝串联。
17.本发明进一步的改进在于：所述c形环的角度大于350
°
。
18.本发明进一步的改进在于：所述金属丝位于第一耦合板和第二耦合板之间或者位于第一耦合板和第二耦合板外部。
19.本发明进一步的改进在于：电缆包括内部的线芯和包裹在线芯外周的屏蔽层。
20.本发明进一步的改进在于：所述若干组耦合板中一组用于在电缆上产生快速瞬变脉冲群，其余组用于在电缆上产生工频电场。
21.本发明进一步的改进在于：所述第一耦合板、第二耦合板、第三耦合板和第四耦合板均为矩形金属板。
22.本发明进一步的改进在于：所述电缆一端连接有被测设备。
23.用于5g基站性能检测的变电站环境模拟方法，包括：
24.在h线圈中通过工频电流，在电缆的屏蔽层中通过电磁感应生成工频磁场；
25.通过部分组耦合板，以电容耦合方式在电缆上产生工频电场；
26.通过另一部分组耦合板，以电容耦合方式在电缆上产生快速瞬变脉冲群。
27.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
28.本发明提供一种用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置及方法；包括：电缆；h线圈，套设于电缆外周，用于在电缆上产生工频磁场；若干组耦合板，沿电缆长度方向，分组布置于电缆外周；所述若干组耦合板中一部分组用于在电缆上产生工频电场，另一部分组用于在电缆上产生快速瞬变脉冲群。通过本发明设计的变电站环境模拟装置，能够在电缆中模拟真实变电站环境，施加复合电磁干扰：工频磁场、工频电场和快速瞬变脉冲群。
29.进一步的，本发明通过水平设置的第一耦合板、第二耦合板，竖直设置的第三耦合板、第四耦合板，以容性耦合方式施加横向和纵向电场。其中纵向是指垂直于电缆轴心，实现电缆屏蔽层与缆芯之间的差模干扰；横向是指平行于电缆表面，产生流过电缆屏蔽层的感应电流。
附图说明
30.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
31.图1为本发明一种用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置沿垂直电缆方向的剖视图；
32.图2为本发明一种用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置沿电缆长度方向的侧视图。
具体实施方式
33.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
35.本发明将变电站内复合干扰r定义为：
36.r＝ae+bh+cf
37.其中：e、h、f分别是变电站内工频电场、工频磁场和快速瞬变脉冲群；a、b、c分别是工频电场、工频磁场和快速瞬变脉冲群的干扰复合系数。
38.本发明的相关要素如下：
39.1、干扰施加方式：
40.1)工频磁场施加方式：通过工频电流的长直螺线管套在电缆外部，以在电缆屏蔽层上通过电磁感应施加工频磁场；
41.2)工频电场施加方式：以电容耦合方式施加在电缆上施加。
42.3)快速瞬变脉冲群施加方式：以电容耦合方式施加在电缆上施加。
43.2、干扰施加夹具设计：
44.请参阅图1及图2所示，本发明提供一种用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，包括三部分：h线圈3、e耦合板2和f耦合板，分别用于产生工频磁场、工频电场和快速瞬变脉冲群。
45.请参阅图1所示，e耦合板2包括多组耦合板；每组耦合板包括水平设置的第一耦合板21、第二耦合板22，竖直设置的第三耦合板23、第四耦合板24之间。电缆1位于第一耦合板21、第二耦合板22之间，电缆1位于第三耦合板23、第四耦合板24；第一耦合板21、第二耦合板22之间的间距为h；相邻两组耦合板之间的间距为d。本发明中采用其中的一组e耦合板2作为f耦合板，连接不同的激励源，分别用于产生工频电场和快速瞬变脉冲群。
46.h线圈3使用螺线管套在电缆1外部；本发明为了尽可能降低螺线管套对工频电场和快速瞬变脉冲群的影响，采用新的结构，包括：若干套在电缆1外部的c形环31，c形环31布置于两组耦合板板之间，c形环31的一端通过一个金属丝32连接前一个c形环，c形环31的另一端通过另一个金属丝32连接后一个c形环。优选的，c形环的角度大于350
°
。电缆1包括内部的线芯11和包裹在线芯11外周的屏蔽层12。屏蔽层12外周通常会设置绝缘层(未图示)。
47.本发明提供一种用于5g基站性能检测的变电站环境模拟方法：
48.横向和纵向工频电场的施加方法
49.变电站内靠近地面的电场强度主要是垂直于地面方向，但是由于5g天线架设高、天馈电缆长，纵向和横向电场同时存在。
50.第一耦合板21、第二耦合板22分别施加高电压和零电位；第三耦合板23、第四耦合板24分别施加高电压和零电位；实现横向和纵向电场的施加。
51.避免磁场线圈造成电场屏蔽
52.由于变电站内磁场强度相对较低，施加磁场的h线圈使用单个线圈间隔绕制。本发明h线圈3结构，包括：若干套在电缆1外部的c形环31，c形环31布置于两组耦合板板之间，c形环31的一端通过一个金属丝32连接前一个c形环，c形环31的另一端通过另一个金属丝32连接后一个c形环。
53.场强大小控制方法
54.工频电场场强控制如下：
55.横向电场强度按照施加电压进行估算，纵向电场按照进行
估算；其中，u为第一耦合板21、第二耦合板22之间施加的电压，或者第三耦合板23、第四耦合板24之间施加的电压；两组板之间施加的电压相同。d为相邻两组耦合板之间的间距，h为第一耦合板21与第二耦合板22之间/第三耦合板23与第四耦合板24之间的间距。
56.工频磁场场强控制：
57.单一c形环31的磁感应强度为对于n个c形环31的其磁场强度乘以n倍。其中，i为流过h线圈3的电流；m0为空气的磁导率，为4π
×
10-7
h/m；a为c形环31的半径。
58.在上述电场和磁场计算式的基础上，按照变电站内工频电场和工频磁场的大小控制电压和电流即可实现e和h的数值。
59.在一具体实施方式中，10kv/m的横向电场强度和5kv的纵向电场同时施加，需要设计d和h的比值为2：1，即施加高电压的极板之间需要间隔为d，也就是部分极板处于悬浮状态。此时横向和纵向电场分别为和控制h的数值为0.1m。因此在板上施加约1kv电压即可实现所需电场。
60.施加3μt的磁感应强度，在a为0.05m情况下，ni的数值为30即可；
61.本发明中，将其中一组e耦合板作为f耦合板，连接快速瞬变脉冲群发生源，用以通过f耦合板在电缆1中产生快速瞬变脉冲群，具体的施加强度可以等于变电站实际测试值。
62.由于本发明承受电压较低，场强最大不超过20kv/m，因此不会存在绝缘击穿问题。每块耦合板外周喷涂聚氯乙烯等绝缘材料即可。
63.本发明以电容和电感耦合的方式施加干扰，工频电场和工频磁场被束缚在极板和线圈之间，不会对快速瞬变脉冲群发生器产生耦合。
64.磁场线圈的磁场也不会产生对工频电场发生器的干扰。
65.快速瞬变脉冲群产生的电场与工频电场的电容板垂直，不会产生对工频电场发生器的干扰。
66.快速瞬变脉冲群产生的电场虽然也垂直于磁场线圈，但是由于场强作用，可能对磁场发生器存在干扰，因此需要在工频磁场发生器端口施加隔离高频干扰信号的电容隔离高频干扰信号。
67.工频电场也会在磁场线圈产生耦合，但是两者都是工频发生器，其干扰不会超过耐受限值，不需要考虑。
68.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
技术特征：1.用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，其特征在于，包括：电缆(1)；h线圈(3)，套设于电缆(1)外周，用于在电缆(1)上产生工频磁场；若干组耦合板，沿电缆(1)长度方向，分组布置于电缆(1)外周；所述若干组耦合板中一部分组用于在电缆(1)上产生工频电场，另一部分组用于在电缆(1)上产生快速瞬变脉冲群。2.根据权利要求1所述的用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，其特征在于，每组耦合板包括水平设置的第一耦合板(21)、第二耦合板(22)，竖直设置的第三耦合板(23)、第四耦合板(24)；电缆(1)位于第一耦合板(21)、第二耦合板(22)之间，电缆(1)位于第三耦合板(23)、第四耦合板(24)。3.根据权利要求2所述的用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，其特征在于，所述h线圈(3)包括：若干套在电缆(1)外部的c形环(31)；两组相邻的耦合板之间布置一个c形环(31)；相邻c形环(31)通过金属丝串联。4.根据权利要求3所述的用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，其特征在于，所述c形环(31)的角度大于350
°
。5.根据权利要求3所述的用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，其特征在于，所述金属丝位于第一耦合板(21)和第二耦合板(22)之间或者位于第一耦合板(21)和第二耦合板(22)外部。6.根据权利要求1所述的用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，其特征在于，电缆(1)包括内部的线芯(11)和包裹在线芯(11)外周的屏蔽层(12)。7.根据权利要求1所述的用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，其特征在于，所述若干组耦合板中一组用于在电缆(1)上产生快速瞬变脉冲群，其余组用于在电缆(1)上产生工频电场。8.根据权利要求2所述的用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，其特征在于，所述第一耦合板(21)、第二耦合板(22)、第三耦合板(23)和第四耦合板(24)均为矩形金属板。9.根据权利要求1所述的用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，其特征在于，所述电缆(1)一端连接有被测设备。10.用于5g基站性能检测的变电站环境模拟方法，其特征在于，基于权利要求1至9中任一项所述的用于5g基站性能检测的变电站环境模拟装置，包括：在h线圈(3)中通过工频电流，在电缆(1)的屏蔽层中通过电磁感应生成工频磁场；通过部分组耦合板，以电容耦合方式在电缆(1)上产生工频电场；通过另一部分组耦合板，以电容耦合方式在电缆(1)上产生快速瞬变脉冲群。
技术总结本发明属于电磁干扰检测领域，公开一种用于5G基站性能检测的变电站环境模拟装置及方法，所述装置包括：电缆；H线圈，套设于电缆外周，用于在电缆上产生工频磁场；若干组耦合板，沿电缆长度方向，分组布置于电缆外周；所述若干组耦合板中一部分组用于在电缆上产生工频电场，另一部分组用于在电缆上产生快速瞬变脉冲群。通过本发明设计的变电站环境模拟装置，能够在电缆中模拟真实变电站环境，施加复合电磁干扰：工频磁场、工频电场和快速瞬变脉冲群。工频电场和快速瞬变脉冲群。工频电场和快速瞬变脉冲群。
技术研发人员：王智慧 王继业 刘淑磊 汪洋 李正浩 丁慧霞 张影 胡悦 孟萨出拉 张慧 朱思成 马宝娟 韩金侠 张瑞兵 曾姝彦
受保护的技术使用者：国家电网有限公司 国网山东省电力公司
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
