CN102509011A - 特高压输电线路导线无线电干扰激发函数及其确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种特高压输电线路10分裂和12分裂导线的无线电干扰激发函数及其确定方法。它利用特高压电晕笼试验，研究好天气和大雨时10分裂和12分裂导线的电晕特性，分别获取上述两种天气情况下各种分裂导线的电晕特性，再运用统计分析方法和物理、数学推导方法，建立上述各种分裂导线各自的无线电干扰激发函数及其海拔修正系数，明确所述激发函数与导线结构、分裂数和子导线线径等参数的关系。通过试验数据对比证明，所述激发函数适合我国线路特点，可应用于今后特高压输电线路多分裂导线无线电干扰的预测，进而指导未来特高压输电线路导线结构的设计。

Description

特高压输电线路导线无线电干扰激发函数及其确定方法

技术领域

本发明涉及高压输变电工程电磁兼容领域，特别涉及特高压输电线路10分裂导线和12分裂导线无线电干扰激发函数及其确定方法。

背景技术

随着社会的进步，电网容量日渐增大，输电线路的电压等级发展至特高压阶段，这导致输电线路产生的无线电干扰越来越强，使得无线电干扰水平成为高压输变电工程设计和建设的主导性控制因素之一。因此，建立准确的计算模型以预测输电线路的无线电干扰水平，是保证电网建设符合国家环保要求并节约工程造价的必要条件。

根据大量电晕效应试验所获取的数据，许多国家提出了适合本国的无线电干扰计算公式。而我国由于特高压起步较晚，没有电晕效应试验手段，研究工作主要集中于电晕效应的计算，在导线选型时也只是根据国外公式计算出的结果来选择导线分裂型式，并没有适应我国线路特点的无线电干扰计算方法。

国际无线电干扰特别委员会(CISPR)推荐的输电线路无线电干扰计算方法为经验法和激发函数法。经验法一般用于分裂数不大于4的线路，分裂数大于4的线路推荐使用激发函数法。

目前，国内主要采用1984年发布的CISPR18-3号出版物中推荐的激发函数计算特高压输电线路的无线电干扰水平。由于当时试验导线的结构和生产工艺与现有导线的不一致，而且试验过程中环境影响因素存在差异，故不能简单套用该激发函数进行计算。为满足现阶段我国输变电工程建设的需求，必须尽快开展多分裂导线的电晕效应试验研究，通过对大量不同分裂型式的导线进行试验，建立各分裂型式导线激发函数以准确估算特高压线路的无线电干扰水平，填补我国在特高压线路电晕效应预测方面的空白，为我国特高压工程服务。

值得一提的是，CISPR18-3号出版物中推荐的激发函数并未涉及10分裂和12分裂型式的导线。显然，本发明将补充和完善CISPR18-3号出版物的内容，为今后制定技术标准提供借鉴。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足和存在的问题，利用特高压电晕笼，开展好天气和大雨时10分裂和12分裂导线的电晕特性研究，分别获取上述各种分裂导线的激发函数产生量，再运用物理和数学方法对大量的试验数据进行分析，建立上述各种分裂导线的无线电干扰激发函数，提出所述激发函数的海拔修正方法，并明确所述激发函数与导线结构、分裂数和子导线线径等参数的关系。

为了实现上述目的，本发明包括下列步骤：

1、利用特高压电晕笼及其淋雨装置(高压电晕笼及其淋雨装置的具体结构详见后面的具体实施方式)，分别对10分裂和12分裂导线进行长期测试，获取电晕产生的射频电流，研究好天气时和大雨时不同分裂型式导线的无线电干扰水平；

2、更换不同海拔高度试验地点，分别对上述分裂导线进行同样的长期测试，获取不同海拔地区(特别是高海拔地区)不同分裂型式导线的射频电流，研究海拔高度对分裂导线无线电干扰水平的影响；

3、综合运用数学和物理方法，分析大量测试数据，推导出不同分裂型式导线的激发函数，同时提出无线电干扰的海拔修正方法，为高海拔工程导线选型和电磁环境控制提供参考；

4、运用统计分析方法，建立导线的无线电干扰水平和导线结构、分裂数和子导线线径等参数的关系。并建立上述各种分裂导线各自的无线电干扰激发函数及其海拔修正系数。

本发明具有以下优点和积极效果：

①填补了国内外关于分裂数为10和12的输电线路无线电干扰激发函数方面的空白；

②填补了国内外关于海拔3000m以上地区电晕效应海拔修正问题的空白；

③获得适合我国线路特点的各种分裂型式导线的激发函数计算模型；

④所述激发函数可精确预测特高压输电线路多分裂导线的无线电干扰水平，用于指导未来特高压输电线路导线结构的设计，这既保证了电网建设符合国家环保要求，又节约了工程造价，带来巨大的社会和经济价值。

附图说明

图1为本发明特高压电晕笼结构示意图；

图2为本发明淋雨装置系统硬件连接示意图；

图3为本发明无线电干扰测量回路原理图；

图4为本发明同轴导线结构示意图；

图5为本发明无线电接收机信号处理原理框图；

其中：

1-无线电噪声接收装置，1.1-射频放大器，1.2-混频器，1.3-中频放大器；2-检波装置；3-加权网络；4-输出表计；5-自动增益控制。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明：

①为研究不同分裂型式导线的电晕效应而架设较长的试验线路并频繁更换试验导线，在经济上是不切实际的。故本发明利用特高压电晕笼，施加较低的电压重现实际特高压交流输电导线的电晕放电状态，从电晕笼试验上取得分裂导线的射频电流。

电晕笼通常在中心位置放置实验导线来模拟输电线路中的单根或者多分裂导线。电晕笼的外壁是一个半径大很多的同心网状金属笼，截面为圆形或方形。笼壁通过测量用小电阻接地。由于笼壁与导线的距离较近，即使在导线上施加较低的电压，也能够在导线表面产生很高的场强。

所述特高压电晕笼为双层笼体结构(图1)，其外层为直接接地的屏蔽笼，内层为电晕测量笼，内、外层之间用支柱绝缘子支撑，内、外层均选用不锈钢或镀锌钢网格结构；特高压电晕笼分为三段，中间段笼体为测量段，处于该段笼体内的导线表面电场大小趋于一致，用于电晕损失和无线电干扰等电晕效应的测量，测量段的两边各有一段笼体与其绝缘，此部分用于克服由于端部效应而引起的导线表面电场畸变，称为防护段；特高压电晕笼内需备有人工淋雨装置，用于模拟不同雨量条件，得到不同雨天情况下的交流电晕产生量；特高压电晕笼的结构还包括支撑连接装置、屏蔽装置(通过在接地外壳外面加一层屏蔽网以及使用屏蔽电缆、铁氧体扼流圈、电磁兼容的机柜等以减小共模干扰)和导线架设装置。

②不同天气对交流电晕效应和直流电晕效应的影响不同。在交流电压作用下，导线由于电晕产生的可听噪声和无线电干扰在雨天要明显高于晴好天气；而直流情况恰恰相反，晴好天气要强于雨天。因此，在交流特高压电晕笼设计时，必须设计雨量可以调节的淋雨装置(图2)，用于模拟不同雨天情况。

电晕笼淋雨装置由淋雨喷头、送水管路、大小阀门、过滤器、止回阀、潜水泵和远方的变频控制柜、闭环控制模块等组成。雨量可以通过阀门和变频器控制进行调整，雨量范围在5-50mm/h之间连续可调。

③在特高压电晕笼中，采用传导法测量导线电晕产生的射频电流，即利用导线对地耦合回路和接收机直接测量导线由于电晕产生的射频电流。其方法是：从导线直接引入无线电干扰电流到耦合回路，C用来隔离交流或直流高压，再用无线电干扰接收机测量耦合回路中的射频电流。

所述电磁干扰接收机信号处理框图如图4所示，接收机主要由高质量无线电噪声接收装置1、检波装置2、加权网络3、输出表计4和自动增益控制5组成。无线电噪声接收1部分是一个全频段常数增益的可调带通滤波器；检波装置2为一整流电路，可滤去接收到的调制射频信号高频分量，得到单边包络线送入加权网络3；加权网络3用来确定显示表计4读数究竟是包络线的峰值、包络线的平均值或是某些中间准峰值；输出表计4用于显示测量数值；自动增益控制5用于调节负反馈增益。

所述无线电噪声接收装置1由射频放大器1.1、混频器1.2和中频放大器1.3组成。

④假设同轴导体中间圆柱导体半径为r，外圆半径为R，代表零电位，如图5所示。若同轴结构中半径为ρ的无限长圆柱面上均匀分布着空间电荷，单位长空间电荷密度为q₀。如果此时中间导体接地，空间电荷将在中间导体上感应出电荷q，在这种状态下，利用高斯定理可得到轴向电场为

$r<s<\mathrm{\&rho;}:E_1=\frac{q}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&epsiv;}}_{0}s}---\left(1\right)$

其中，ε₀为真空介电常数。

$\mathrm{\&rho;}<s<R:E_2=\frac{q+q_0}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&epsiv;}}_{0}s}---\left(2\right)$

通过积分可得到内外导体电位差

$V_r-V_R={\&Integral;}_r^{\mathrm{\&rho;}}{E}_1\mathrm{ds}+{\&Integral;}_{\mathrm{\&rho;}}^R{E}_2\mathrm{ds}=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&epsiv;}}_0}[q\ln \frac{R}{r}+q_0\ln \frac{R}{\mathrm{\&rho;}}]---\left(3\right)$

由于V_r-V_R＝0，所以单位长中间导体感应电荷为

$q=-q_0\ln \frac{R}{\mathrm{\&rho;}}/\ln \frac{R}{r}---\left(4\right)$

如果空间电荷q₀以dρ/dt的速度沿径向运动，将导致导体上感应电荷发生变化dq/dt，这也正是在导体上产生的感应电流

$i=\frac{\mathrm{dq}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{dq}}{\mathrm{d\&rho;}}\&CenterDot;\frac{\mathrm{d\&rho;}}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{\ln (R/r)}\&CenterDot;\frac{q_0}{\mathrm{\&rho;}}\&CenterDot;\frac{\mathrm{d\&rho;}}{\mathrm{dt}}---\left(5\right)$

同轴系统的单位长度电容为

$C_0=2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&epsiv;}}_0\&CenterDot;\frac{1}{\ln (R/r)}---\left(6\right)$

将式(5)代入式(6)得

$i=\frac{C_0}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&epsiv;}}_0}\&CenterDot;\frac{q_0}{\mathrm{\&rho;}}\&CenterDot;\frac{\mathrm{d\&rho;}}{\mathrm{dt}}---\left(7\right)$

看出，空间电荷运动在附近导体上产生的感应电流由两部分决定，

项取决于结构的几何尺寸；另一项

完全取决于空间电荷量和运动规律等自身特性，即为激发函数Γ。

在特高压电晕笼中，利用耦合回路法测量得到导线由于电晕产生的无线电干扰电流，该电流既与电晕放电本身特性相关，也与导线、电晕笼几何结构参数有关。假设导线上有n个独立且分布均匀的电晕放电源，且每个电晕放电源对应测得的无线电干扰电流为I_s，则所测的整段导线电晕无线电干扰电流I_t为

$I_t=\sqrt{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_k^2}=\sqrt{n}{I}_s---\left(8\right)$

将电晕源的离散分布扩展至连续分布，则上式可转化为 $I_t=\sqrt{I}\&CenterDot;I$ 或 $I=I_i/\sqrt{I}---\left(9\right)$

其中，I为测得的单位长导线电晕产生的无线电干扰电流，单位μA/m^1/2；1为导线长度，单位m。

根据式(7)和激发函数定义，可通过电晕笼试验得到导线电晕无线电干扰激发函数如下

$\mathrm{\&Gamma;}=I\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&epsiv;}}_0}{C}---\left(10\right)$

其中，Γ为激发函数，其单位与I一致，μA/m^1/2；C为单位长导线与电晕笼之间电容，pF/m。

⑤在不同海拔高度试验地点，分别对10分裂导线和12分裂导线进行长期测试，获取不同海拔地区(特别是高海拔地区)不同分裂型式导线的射频电流，定量分析海拔高度对分裂导线电晕特性的影响。

⑥根据大量测试数据，建立不同分裂型式导线的激发函数，同时提出无线电干扰的海拔修正方法。

⑦运用统计分析方法，建立导线的无线电干扰水平与分裂数、子导线线径和分裂间距等参数的关系。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种特高压10分裂和12分裂导线无线电干扰激发函数及其确定方法，包括利用特高压电晕笼试验数据，建立各种分裂型式导线的无线电干扰激发函数，并提出无线电干扰的海拔修正方法以及无线电干扰水平与导线结构、分裂数和子导线线径参数的关系，其方法是：

利用特高压电晕笼试验，研究好天气和大雨时10分裂和12分裂导线的电晕特性，分别获取上述两种情况下各分裂导线的射频电流；

再对大量试验数据分析统计，建立了上述各种分裂导线各自的无线电干扰激发函数；

更换不同海拔高度地点进行电晕笼试验，分别对上述分裂导线进行同样的长期测试，获取不同海拔地区不同分裂型式导线的射频电流，研究海拔高度对分裂导线无线电干扰水平的影响；

分析大量测试数据，建立不同分裂型式导线的激发函数，同时提出无线电干扰的海拔修正方法；

运用统计分析方法，建立导线的无线电干扰水平和导线结构、分裂数、子导线线径的关系，从而确定多分裂导线的无线电干扰。

2.如权利要求1所述的特高压10分裂和12分裂导线无线电干扰激发函数及其确定方法，其特征在于：海拔3000m以上地区的特高压10分裂和12分裂导线无线电干扰激发函数海拔修正系数及其方法，其方法是：进行3000m以上地区电晕笼试验，获取海拔高度与电晕效应的对应关系，确定相应的海拔修正系数。

3.如权利要求1所述的特高压10分裂和12分裂导线无线电干扰激发函数及其确定方法，其特征在于：所述方法具体为：

①利用特高压电晕笼，电晕笼在中心位置放置实验导线来模拟输电线路中的单根或者多分裂导线，电晕笼的外壁是一个半径大很多的同心网状金属笼，截面为圆形或方形，笼壁通过测量用小电阻接地；施加较低的电压重现实际特高压交流输电导线的电晕放电状态，从电晕笼试验上取得分裂导线的射频电流；

②在交流特高压电晕笼设置有雨量可以调节的淋雨装置，用于模拟不同雨天情况，所述电晕笼淋雨装置由淋雨喷头、送水管路、大小阀门、过滤器、止回阀、潜水泵和远方的变频控制柜、闭环控制模块等组成，雨量通过阀门和变频器控制进行调整，雨量范围在5-50mm/h之间连续可调；

③在特高压电晕笼中，采用传导法测量导线电晕产生的射频电流，即利用导线对地耦合回路和接收机直接测量导线由于电晕产生的射频电流；其方法是：从导线直接引入无线电干扰电流到耦合回路，电容C用来隔离交流或直流高压，再用无线电干扰接收机测量耦合回路中的射频电流；

④在特高压电晕笼中，利用耦合回路法测量得到导线由于电晕产生的无线电干扰电流，该电流既与电晕放电本身特性相关，也与导线、电晕笼几何结构参数有关；设定导线上有n个独立且分布均匀的电晕放电源，且每个电晕放电源对应测得的无线电干扰电流为I_s，则所测的整段导线电晕无线电干扰电流I_t为

$I_t=\sqrt{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_k^2}=\sqrt{n}{I}_s$

将电晕源的离散分布扩展至连续分布，则上式可转化为 $I_t=\sqrt{I}\&CenterDot;I$ 或 $I=I_i/\sqrt{I}$

其中，I为测得的单位长导线电晕产生的无线电干扰电流，单位为μA/m^1/2；I为导线长度，单位为m；

通过电晕笼试验得到导线电晕无线电干扰激发函数如下

$\mathrm{\&Gamma;}=I\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&epsiv;}}_0}{C}$

其中，Γ为激发函数，其单位为μA/m^1/2，C为单位长导线与电晕笼之间电容，单位为pF/m；

⑤在不同海拔高度试验地点，分别对10分裂导线和12分裂导线进行长期测试，获取不同海拔地区不同分裂型式导线的射频电流，定量分析海拔高度对分裂导线电晕特性的影响；

⑥根据大量测试数据，建立不同分裂型式导线的激发函数，同时提出无线电干扰的海拔修正方法；

⑦运用统计分析方法，建立导线的无线电干扰水平与分裂数、子导线线径和分裂间距参数的关系，从而确定多分裂导线的无线电干扰。

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