CN104715151A - 一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，包括：获取导线分裂数和子导线半径；建立输电线路仿真模型；通过所述模型获取导线表面的平均最大电场强度；确定所述模型的无线电干扰激发函数值。本发明提供的技术方案在预测高压输电线路的无线电干扰水平方面更加的准确可靠。

Description

一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法

技术领域：

本发明涉及输变电工程领域，更具体涉及一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法。

背景技术：

为满足不断增长的国家经济和社会用电需求，进一步推进能源革命，国家电网公司根据我国国情，制定了建设以特高压电网为核心的坚强电网。特高压电网主要由1000kV交流输变电系统和±800kV直流输变电系统组成，具有输送容量大、输送距离远和电能损耗小的显著优点。

随着电压等级的提高，电晕效应问题成为特高压输电关键技术问题之一。电晕效应是指当导线表面的电场强度超过一定的临界值时，导线表面周围的空气分子将发生电离，形成正、负带电粒子，正、负离子碰撞和复合过程产生光子，并出现电晕放电。大量的理论分析和实测数据表明，高压输电线在运行时由于导线、绝缘子或线路金具等表面的电晕放电，不断产生一些电磁脉冲，并向空间辐射各种宽频带的高频电磁波。这些电磁波沿着输电线路向两侧横向传播，就有可能使沿线一定范围内的无线电接收设备，在正常工作时所接收的有用信号波形的幅值和相位受到影响，导致这些无线电接收设备达不到正常工作所需的信噪比。因此，准确预测和抑制高压输电线路的无线电干扰影响已成为成为特高压交流输电线路设计、建设和运行中必须考虑的重大技术问题。

在一个多导体系统中，某导体上电晕流注不仅在自身注入电流，而且还会在其他导体上感应出电流，而这些电流的大小不仅取决于电晕流注的自身特性，还决定于各个导体的自电容和相互之间的互电容。因此无线电干扰电流可以分成两部分，一部分由电晕流注的自身特性决定，另一部分与系统的电容系数相关。由电晕流注自身特性决定的那部分称为“激发函数”。由于激发函数属于电晕放电本身的特性，并不随导线结构和布置方式的改变而改变，因此，可以利用某些固有的方式(如电晕笼试验)来获得线路的激发函数，而后推广到整个线路建设中。

发明内容：

本发明的目的是提供一种种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，在预测高压输电线路的无线电干扰水平方面更加的准确可靠。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，包括：

获取导线分裂数和子导线半径；

建立输电线路仿真模型；

通过所述模型获取导线表面的平均最大电场强度；

确定所述模型的无线电干扰激发函数值。

本发明提供的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，将不同导线的无线电干扰激发函数测量值通过拟合方式，得出激发函数与导线表面平均最大电场强度、子导线半径和导线分裂数的关系。

本发明提供的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，

所述无线电干扰激发函数通过下式确定：

Γ＝55-576.5/g_max+42.4lg(2r)-0.714lg(n)

其中，Γ为无线电干扰激发函数，g_max为导线表面的平均最大电场强度，r为子导线半径，n为导线分裂数。

本发明提供的另一优选的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，所述导线表面的平均最大电场强度通过算术平均每一根子导线表面最大电场强度确定；所述每一根子导线的表面最大的电场强度通过选取导线束中每一根子导线表面的电场强度的最大值获得。

本发明提供的再一优选的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，所述每一根子导线表面的电场强度通过模拟电荷法或有限元法获得。

本发明提供的又一优选的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，所述无线电干扰激发函数测量值通关电晕笼进行测量。

本发明提供的又一优选的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，所述电晕笼包括导线测量段和设在所述导线测量段两侧的防护段；所述导线测量段设有绝缘支撑。

本发明提供的又一优选的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，所述无线电干扰激发函数测量值通过下式确定：

Γ(dB)＝16.79-20lg9C_pF+RIV(dB)

其中，C_pF为单位长度的导线束与笼壁间电容，RIV为无线电干扰接收机的测量值。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明的技术方案预测高压输电线路的无线电干扰水平方面更加的准确可靠，从而避免了由于预测的不准确给工程带来的不必要的造价增加或者无线电干扰因子超标；

2、本发明的技术方案我国特高压交流输电线路的建设提供了一定的技术支持；

3、本发明的技术方案保证无线电接收设备达到正常工作所需的信噪比；

4、本发明的技术方案能搞可靠保证特高压交流输电线路设计、建设和运行。

附图说明

图1为本发明提供的技术方案的方法流程图；

图2为本发明提供的技术方案的大电晕笼激发函数测量示意图；

图3为本发明提供的技术方案的钟祥长期观测站附近线路结构图；

图4为本发明提供的技术方案的无线电干扰场强横向衰减计算值示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-4所示，本例的发明一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，包括：

获取导线分裂数和子导线半径；

建立输电线路仿真模型；

通过所述模型获取导线表面的平均最大电场强度；

确定所述模型的无线电干扰激发函数值。

利用特高压交流电晕笼，对大量不同类型的导线进行了试验研究，主要目的是获取不同导线形式的激发函数测量值，拟合出激发函数计算公式。试验主要的采用导线类型如下：6×LGJ400，6×LGJ500，6×LGJ630，8×LGJ400，8×LGJ500，8×LGJ630，8×LGJ720，8×LGJ900，9×LGJ400，9×LGJ720，10×LGJ400，10×LGJ630，12×LGJ400，12×LGJ500，12×LGJ630，12×LGJ720。导线分裂数从6到12分裂，子导线直径从26.8mm到39.9mm，导线型号及子导线直径关系如表2-1所示。鉴于在相同子导线半径和分裂数的情况下，导线分裂间距对激发函数的影响很小，基本可以忽略，本文在进行试验时，固定导线分裂间距为400mm，无线电干扰测量频率为0.5MHz。

表1 导线型号与子导线直径关系示意表

大电晕笼结构图如图1所示。其中，大电晕笼尺寸为8m×8m×35m；

Cc——为无局放高压耦合电容，电容量为10000pF；

阻波器——CISPR 18-2导则中规定，在无线电干扰测量频段上，阻波器阻抗应不小于20kΩ，提供至少35dB的衰减；

R1——无感电阻275Ω；

RIV——无线电干扰接收机的测量值(μV)。

激发函数计算方法

由激发函数的概念可知，单位长度的电晕脉冲注入导线的电流为

$I=\frac{C}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}\·\mathrm{\Γ}---\left(1\right)$

其中，Γ为导线的激发函数C为单位长度的导线束与笼壁间电容(F)，I为单位长度的RI注入电流(μA)，ε₀为真空介电常数，其值为ε₀＝1/36π×10^-9(F/m)。

单位长度的无线电干扰注入电流为：

I＝2(R₂+R_m)(RIV)/R₂R_mG     (2)

其中，RIV为无线电干扰接收机的测量值。G为导体产生均匀分布的注入电流所导致的放大系数。

$G=\sqrt{\underset{0}{\overset{l}{\∫}}{\cos }^2\left(\frac{2\mathrm{\πf}}{v}\right)x\·\mathrm{dx}}=\sqrt{\frac{l}{2}+\frac{v}{8\mathrm{\πf}}\sin \frac{4\mathrm{\πfl}}{v}}---\left(3\right)$

其中l为试验导线长度，v为波的传播速度，f为测量频率。

将式(1)与式(2)结合，R₂＝R_m＝50Ω,可得

$\mathrm{\Γ}=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}{C}\·I=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}{C}\·\frac{4}{R_{m}G}\·\left(\mathrm{RIV}\right)---\left(4\right)$

将式(4)进行对数转换，可得：

Γ(dB)＝16.79-20lg9C_pF+RIV(dB)     (5)

其中，C_pF为单位长度的导线束与笼壁间电容，以pF为单位。

本申请对16种导线组合进行了大雨条件下的无线电干扰电流实测与激发函数计算。其中使用电晕笼测量数据中280组有效数据进行了多元线性回归分析。

鉴于在相同子导线半径和分裂数的情况下，导线分裂间距对激发函数的影响很小，基本可以忽略。本文在对无线电干扰激发函数Г进行回归性分析时，不考虑导线分裂间距的影响。通过前期国内和国外的大量研究，如CISPR等，可知激发函数Г与1/g、lgd和lgn之间存在线性关系，建立无线电干扰激发函数的多元线性回归方程如下：

Γ＝β₁+β₂·1/g+β₃·lgd+β₄·lgn     (6)

其中，β₁、β₂、β₃、β₄为拟合过程中设置的未知系数，具体数值将通过不同分裂数、不同导线形式及不同排列间距的组合进行实验，根据实验结果分析后获得。

本申请采用拟合软件为IBM SPSS Inc.公司的IBM SPSS Statistics 19。拟合方法为最小均方差拟合方式，得出了激发函数与导线表面平均最大电位梯度g_max，子导线半径r以及导线分裂数n的关系式如下：

Γ＝55-576.5/g_max+42.4lg(2r)-0.714lg(n)     (7)

其中激发函数Γ的单位为平均最大电位梯度g_max的单位为(kV/cm)，导线半径r的单位为cm。该公式适合于6分裂及以上导线的无线电干扰预测。

表2 无线电干扰激发函数回归方程系数及其显著性水平分析结果

表2中的R＝0.986，R²＝0.971，近似等于1，说明该回归方程的逼近效果较好；统计量F的α值小于0.001，说明该回归方程是高度显著的。从表2中各系数的α值可以看出，系数β₁，β₂，β₃的α值小于0.01，对因变量有高度显著影响；而系数β₄的显著性水平大于0.10，可以认为对因变量影响很小。可见，导线表面场强、子导线线径对无线电干扰激发函数有高度显著影响，而导线分裂数对无线电干扰激发函数的影响较小。

本申请为了验证所拟合激发函数对特高压交流输电线路无线电干扰水平预测的准确性，对特高压交流输电线路长期观测站所处位置的输电线路进行了建模仿真，利用电晕笼拟合的激发函数公式，对导线中相外80m的横向断面进行了预测计算，并将边向外20m处的无线电干扰计算值与大雨条件下的长期观测值进行了对比分析。本申请也对拟合公式和CISPR所推荐的激发函数公式预测值进行了对比。

本申请的计算电压为1050kV，与示范工程输电线路的绝大部分时间的运行电压相符，土壤电阻率为100Ω·m，导线类型为8×LGJ-500/35，分裂间距为400mm。计算对比图如图3所示：

由图3可知，本文所推荐激发函数计算值与CISPR相比较小，同时所计算边相外20m的0.5MHz无线电干扰场强值如表3所示，两者相差2.52dB。

表3 大雨条件下，边相外20m处RI场强计算对比值

特高压交流示范工程钟祥长期观测站在对大雨条件较稳定无线电干扰值进行了统计分析，统计结果如表所示。

表3 20分钟大雨条件下较稳定无线电干扰统计结果dB(μV/m)

样本数	300
		均值	65.4
中值	65.3
		众数	65.3
标准差	0.45
		方差	0.20
极大值	64.58
		极小值	68.75

由表3可知，统计数据中的均值为65.4dB，与CISPR的计算值相比相差3.77dB，与本文拟合的公式计算值相差1.25dB。说明本文拟合的公式比CISPR所提供公式在预测特高压交流输电线路无线电干扰水平方面更准确。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，其特征在于：包括：

获取导线分裂数和子导线半径；

建立输电线路仿真模型；

通过所述模型获取导线表面的平均最大电场强度；

确定所述模型的无线电干扰激发函数值。

2.如权利要求1所述的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，其特征在于：将不同导线的无线电干扰激发函数测量值通过拟合方式，得出激发函数与导线表面平均最大电场强度、子导线半径和导线分裂数的关系。

3.如权利要求1或2所述的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，其特征在于：

所述无线电干扰激发函数通过下式确定：

Γ＝55-576.5/g_max+42.4lg(2r)-0.714lg(n)

其中，Γ为无线电干扰激发函数，g_max为导线表面的平均最大电场强度，r为子导线半径，n为导线分裂数。

4.如权利要求3所述的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，其特征在于：所述导线表面的平均最大电场强度通过算术平均每一根子导线表面最大电场强度确定；所述每一根子导线的表面最大的电场强度通过选取导线束中每一根子导线表面的电场强度的最大值获得。

5.如权利要求4所述的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，其特征在于：所述每一根子导线表面的电场强度通过模拟电荷法或有限元法获得。

6.如权利要求2所述的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，其特征在于：所述无线电干扰激发函数测量值通关电晕笼进行测量。

7.如权利要求6所述的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，其特征在于：所述电晕笼包括导线测量段和设在所述导线测量段两侧的防护段；所述导线测量段设有绝缘支撑。

8.如权利要求7所述的一种高压输电线路无线电干扰激发函数确定方法，其特征在于：所述无线电干扰激发函数测量值通过下式确定：

Γ(dB)＝16.79-20lg9C_pF+RIV(dB)

其中，C_pF为单位长度的导线束与笼壁间电容，RIV为无线电干扰接收机的测量值。