CN102901555A - 一种6×720mm2导线的直流电晕可听噪声计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种6×720mm²导线的直流电晕可听噪声计算方法，属于输电线路可听噪声计算方法技术领域，本方法可以有效的计算出6×720mm²导线下的可听噪声水平A声级。本发明方法包括如下步骤：计算高压直流正极6×720mm²导线表面的电场强度；通过公式计算得到线下地面处的可听噪声水平（春秋季）；通过加减一个常数来获得其他季节的可听噪声水平。本发明方法计算得到的6×720mm²导线的直流电晕可听噪声比其他公式的计算结果与试验线段的测量结果吻合得更好，且更适合我国的环境气候条件，尤其适合应用于我国北方采用6×720mm²导线时的特高压直流电晕可听噪声计算。

Description

一种6×720mm2导线的直流电晕可听噪声计算方法

技术领域

本发明属于电力领域中可听噪声的获取方法，具体涉及一种6×720mm²导线的直流电晕可听噪声计算方法。

背景技术

为了满足经济社会可持续发展用电需求，建设以高压、特高压电网为核心的加强电网已成为电力建设的战略目标。在采用长距离、大容量输电时，特高压输电能够有效的节省线路走路，有助于改善网络结构，建设输电瓶颈和实现大范围的资源优化配置，经济和社会效益十分明显。由于电压等级提高，特高压的电磁环境不同于500kV线路，若采用500kV相同的分裂导线，线路产生的工频电场、可听噪声和无线电干扰等环境因素将成为影响线路建设的制约因素。

特高压直流输电线路的电磁环境问题是特高压直流输电线路设计、建设和运行中必须考虑的重大技术问题。我国在世界上率先研究并在南方成功建设了±800kV特高压直流输电工程，并将进一步研究和发展±1100kV特高压直流输电工程。随着直流输电工程电压等级的提高，输电线路的噪声控制显得尤为重要，它已成为决定线路结构和走廊的制约性因素之一。

可听噪声是指导线周围空气电离放电时产生的一种人耳能直接听得见的噪声。这种噪声可能会使得高压线路附近的居民或工作人员感到烦躁和不安，可听噪声与无线电干扰一样，随着导线表面电场强度的增加而增加，但可听噪声比无线电干扰沿线路横向衰减要慢。国外的研究表明，对于750kV及以上线路来说，可听噪声将成为突出的问题。

目前我国的特高压直流输电线路的真型试验研究和国外的相关研究成果尚不能完全满足我国工程建设的需求。为此，国家电网公司在北京建设了特高压直流试验线段、电晕笼，模拟小线段等试验设施，以便开展相关的直流线路可听噪声试验研究，获得适合我国导线制造工艺和环境特点的多分裂、大截面导线的可听噪声特性规律。结合电晕笼内导线和试验线段导线的可听噪声试验，研究直流线路可听噪声的特性规律。

目前我国预测直流线路可听噪声的公式大多来源于国外研究成果，而针对我国导线的自主试验研究，特别是特高压直流线路的真型试验研究则处于起步阶段。随着我国特高压电网的迅速发展，仅依靠国外的研究成果已不能完全满足需要。

国家电网公司在我国南方建设的第一条特高压直流线路为四川-上海±800kV特高压直流输电示范工程，其额定输送容量为6400MW。综合考虑电气性能、环境影响、机械特性、建设和运行成本，线路选用6×720mm²导线，导线分裂间距取45cm；一般情况下极导线间距取22m；线路通过一般地区极导线对地最小高度取18m，线路邻近居民区极导线对地最小高度取21m。这是我国首条采用6×720mm²导线的特高压直流工程，目前尚没有专用于该导线的可听噪声预测计算公式。

美国EPRI、BPA和加拿大IREQ等国外知名电力研究机构均提出了直流线路可听噪声计算公式，但这些公式都是多种导线测量数据的拟合结果，不是专门针对6×720mm²的计算公式，因此，用于6×720mm²的可听噪声计算时的误差一般都比较大。为了更准确的预测采用6×720mm²导线的特高压直流输线路的可听噪声，有必要研究出适合我国天气状况、专用于6×720mm²导线的可听噪声计算公式。

发明内容

针对四川-上海±800kV特高压直流输电示范工程中6×720mm²导线的可听噪声计算问题，本发明提供了一种6×720mm²导线的直流电晕可听噪声计算方法，本发明的直流线路可听噪声计算方法不仅适用于双极直流输电线路，还适用于单极直流输电线路；该方法可方便有效的计算出6×720mm²导线下的可听噪声水平A声级。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种6×720mm²导线的直流电晕可听噪声计算方法，其改进之处在于所述方法包括如下步骤：

1）计算高压直流6×720mm²分裂导线的表面电场强度

采用有限元法，得到分裂导线各子导线表面的电场强度E_i；

其中1≤i≤6，i取整数；

采用各子导线最大电场强度的平均值法，得表征导线表面电晕放电强度的电场强度数值E；

$E=\frac{{\mathrm{\Σ}}_1^6{E}_{i\max }}{6}---1)$

式中：

E_i-分裂导线各子导线表面的电场强度，kV/cm；

E_imax—分裂导线子导线最大电场强度，kV/cm；

E—导线的表面电场强度，kV/cm；

2）计算得到线路下方地面处春秋季时的可听噪声A声级

P＝k₁E-5log(H²+x²)+k₀    2)

或

P＝k′₁ log(E)-5log(H²+x²)+k′₀    3)

式中：

P-地面上计算点的可听噪声声压级，dB（A）；

E-导线的表面场强，kV/cm；

H-正极导线距地面的高度，m；

x-计算点到正极导线地面投影的水平距离，m；

k₁、k₀、k′₁、k′₀-各分项的系数；

3）获得其他季节的可听噪声A声级

夏季时，可听噪声需在春秋季的基础上加上1.6~3.1，则夏季可听噪声A声级为：

P＝k₁E-5log(H²+x²)+k₀+(1.6～3.1)    4）

或

P＝k′₁ log(E)-5log(H²+x²)+k′₀+(1.6～3.1)    5）

冬季时，需在春秋季的基础上加上-4.3~-2.1，则冬季可听噪声A声级为：

P＝k₁E-5log(H²+x²)+k₀+(-4.3～-2.1)    6）

或

P＝k′₁ log(E)-5log(H²+x²)+k′₀+(-4.3～-2.1)    7）

式中各字母含义同步骤2）。

本发明的另一优选技术方案为：所述公式2-7中，各项系数取值范围为：

k₀的取值范围是0-30；

k₁的取值范围是0.5-3；

k₀ˊ的取值范围是-120~-70；

k₁ˊ的取值范围是90-130。

本发明的又一优选技术方案为：所述方法的步骤1中，获取分裂导线各子导线表面的电场强度E_i的方法还包括逐次镜像法或有限元法。

本发明的再一优选技术方案为：所述方法的步骤1中，获取表征导线表面电晕放电强度的电场强度数值E的方法还包括最大电场强度法或平均电场强度法。

本发明的又一优选技术方案为：所述方法适用于±660kV特高压直流输电工程、±800kV特高压直流输电工程可听噪声的计算和预测。

本发明的又一优选技术方案为：所述方法适用于线路下方地面上的可听噪声的计算和预测。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)计算结果与实测结果有较好的吻合

本发明方法计算得到的6×720mm²导线的直流电晕可听噪声比其他公式的计算结果与试验线段的实际测量结果吻合得更好；使用本发明计算得到的6×720mm²导线的直流电晕可听噪声更适合我国的环境气候条件，尤其适合应用于我国北方采用6×720mm²导线时的特高压直流电晕可听噪声计算；

2)计算方法简单

本发明方法简单易行，对于6×720mm²导线来说，其直流电晕可听噪声的计算要比其他公式简单的多，并且得到的计算结果与我国试验线段的实际测量结果吻合得更好；

3)适用于单双极直流输电线路

本发明所推荐的直流线路可听噪声计算公式不仅适用于双极直流输电线路，还适用于单极直流输电线路。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是6×720mm²导线在±800kV时的线下可听噪声测量值与本发明推荐的计算方法的对比结果（导线表面场强为22.04kV/cm）；

图2是6×720mm²导线在±1100kV时的线下可听噪声测量值与本发明推荐的计算方法的对比结果（导线表面场强为30.31kV/cm）；

图3是6×720mm²导线在+1000kV时的线下可听噪声测量值与本发明推荐的计算方法的对比结果（导线表面场强为23.14kV/cm）；

附图标记：

P-地面上计算点的可听噪声声压级，dB（A）；

E-导线的表面场强，kV/cm；

H-正极导线距地面的高度，m；

x-计算点到正极导线地面投影的水平距离，m；

k₁、k₀、k₁’、k₀’-各分项的系数。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

针对四川-上海±800kV特高压直流输电示范工程中6×720mm²导线的可听噪声计算问题，本发明提出了一种可专用于计算6×720mm²导线电晕可听噪声的计算方法。该方法可方便有效的计算出6×720mm²导线下的可听噪声水平A声级。

本发明包括三个步骤：（1）计算高压直流正极6×720mm²导线的表面电场强度；（2）通过公式计算得到线下的可听噪声水平（春秋季）；（3）通过减去一个常数来获得其他季节的可听噪声水平。各部分内容分述如下：

（1）计算高压直流正极6×720mm²导线的表面电场强度

可使用多种方法来计算正极6×720mm²导线表面的电场强度，比如逐次镜像法、模拟电荷法、有限元法等。本发明推荐使用有限元法，但不限于该方法。

使用某种电场计算方法得到分裂导线中各子导线表面的电场强度分布后，还需计算得到一个可用于表征导线表面电晕放电强度的电场强度数值，本发明推荐使用各子导线最大电场强度的平均值来表示，但不限于该量，也可使用最大电场强度、平均电场强度等。

（2）通过公式计算得到线下的可听噪声水平（春秋季）

通过式1）或2）即可计算得到线路下方春秋季时的可听噪声A声级。

P＝k₁E-5log(H²+x²)+k₀    1)

P′＝k′₁ log(E)-5log(H²+x²)+k′₀    2)

式中

P，P’——地面上计算点的可听噪声声压级，dB（A）；

E——导线的表面场强，kV/cm；

H——极导线距地面的高度，m；

x——计算点到正极导线地面投影的水平距离，m；

k₁、k₀、k₁’、k₀’——各分项的系数。

其中k₁的取值范围是0.5—3，k₀的取值范围是0—30，k₁’的取值范围是90—130，k₀’的取值范围是-70—-120。

（3）通过加减一个常数来获得其他季节的可听噪声水平

根据试验结果，春秋季的可听噪声试验结果比夏季的试验结果小1.6~3.1dB，而比冬季的测量结果大2.1~4.3dB。因此，夏季的可听噪声测量结果应该在式1）和2）的基础上加上1.6~3.1dB，冬季的可听噪声测量结果应该在式1）和2）的基础上减去2.1~4.3dB。

实施例1

下面以国家电网公司位于北京昌平的特高压直流电晕笼和试验线段可听噪声测量系统的测量结果为例来说明本发明的效果。

自2009年4月至2010年8月，在电晕笼内针对6×720mm²导线开展了为期一年的可听噪声试验和规律性研究，以这些数据为基础，进行了基于6×720mm²导线的可听噪声经验公式拟合。并结合同期试验线段可听噪声的试验数据，对该预测公式进行了验证。在试验线段上架设6×720mm²导线，分别施加±800kV，±1100kV，＋1000kV时的线下可听噪声测量值与本发明推荐的计算方法的对比结果如图1～3所示，其中附图1-3中计算方法中各系数取值为：k₁=1.82，k₀=11.88，k₁’=111.7，k₀’=-97.83。

由图1～3可以看出，本发明提出的可听噪声计算方法与测量值吻合的很好，在线路正极性导线投影的水平距离±20米之内，误差基本在1dB(A)内。

上述实施例仅用于说明本发明的计算效果，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (6)

1.一种6×720mm²导线的直流电晕可听噪声计算方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1）计算高压直流6×720mm²分裂导线的表面电场强度

采用有限元法，得到分裂导线各子导线表面的电场强度Ei；

其中1≤i≤6，i取整数；

采用各子导线最大电场强度的平均值法，得表征导线表面电晕放电强度的电场强度数值E；

$E=\frac{{\mathrm{\Σ}}_1^6{E}_{i\max }}{6}---1)$

式中：

E_i—分裂导线各子导线表面的电场强度，kV/cm；

E_imax—分裂导线子导线最大电场强度，kV/cm；

E—导线的表面电场强度，kV/cm；

2）计算得到线路下方地面处春秋季时的可听噪声A声级

P＝k₁E-5log(H²+x²)+k₀    2)

或

P＝k′₁ log(E)-5log(H²+x²)+k′₀    3)

式中：

P-地面上计算点的可听噪声声压级，dB（A）；

E-导线的表面场强，kV/cm；

H-正极导线距地面的高度，m；

x-计算点到正极导线地面投影的水平距离，m；

k₁、k₀、k′₁、k′₀-各分项的系数；

3）获得其他季节的可听噪声A声级

夏季时，可听噪声需在春秋季的基础上加上1.6~3.1，则夏季可听噪声A声级为：

P＝k₁E-5log(H²+x²)+k₀+(1.6～3.1)    4）

或

P＝k′₁ log(E)-5log(H²+x²)+k′₀+(1.6～3.1)    5）

冬季时，需在春秋季的基础上加上-4.3~-2.1，则冬季可听噪声A声级为：

P＝k₁E-5log(H²+x²)+k₀+(-4.3～-2.1)    6）

或

P＝k′₁ log(E)-5log(H²+x²)+k′₀+(-4.3～-2.1)    7）

式中各字母含义同步骤2）。

2.如权利要求1所述的一种6×720mm²导线的直流电晕可听噪声计算方法，其特征在于所述公式2-7中，各项系数取值范围为：

k₀的取值范围是0-30；

k₁的取值范围是0.5-3；

k₀ˊ的取值范围是-120~-70；

k₁ˊ的取值范围是90-130。

3.如权利要求1所述的一种6×720mm²导线的直流电晕可听噪声计算方法，其特征在于所述方法的步骤1中，获取分裂导线各子导线表面的电场强度Ei的方法还包括逐次镜像法或有限元法。

4.如权利要求1所述的一种6×720mm²导线的直流电晕可听噪声计算方法，其特征在于所述方法的步骤1中，获取表征导线表面电晕放电强度的电场强度数值E的方法还包括最大电场强度法或平均电场强度法。

5.如权利要求1所述的一种6×720mm²导线的直流电晕可听噪声计算方法，其特征在于所述方法适用于±660kV特高压直流输电工程、±800kV特高压直流输电工程可听噪声的计算和预测。

6.如权利要求1所述的一种6×720mm²导线的直流电晕可听噪声计算方法，其特征在于所述方法适用于线路下方地面上的可听噪声的计算和预测。

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