CN106225913A - 一种利用电晕笼实验获得高压直流输电用分裂导线下可听噪声的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用电晕笼试验获得高压直流输电用分裂导线下可听噪声的方法及系统。通过对电晕笼内架设的分裂导线进行测量可听噪声，得到可听噪声产生功率与导线表面场强的函数关系，并利用此函数关系计算实际线路中导线下观测点的可听噪声。本发明在现有技术的基础上，将电晕笼实验的数据转化到实际线路上，为特高压直流线路的线路设计提供参考。所述方法为：在电晕笼内架设高压直流输电用分裂导线；给导线加载一系列电压；在电晕笼笼壁或笼外侧测量可听噪声；对测得数据进行计算，得出实验导线可听噪声产生功率与导线表面场强的函数关系A₀＝f(E)；由电晕笼得出的导线可听噪声产生功率与导线表面场强的函数关系来计算实际线路下方的可听噪声。

Description

一种利用电晕笼实验获得高压直流输电用分裂导线下可听噪 声的方法和系统

技术领域

本发明涉及高压电路领域，并且更具体地，涉及一种利用电晕笼实验获得高压直流输电用分裂导线下可听噪声的方法和系统。

背景技术

我国在世界上率先研究并成功建设了±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。随着电压等级的提高，可听噪声已成为制约特高压直流线路导线选型、环保验收的重要因素。

基于特高压电晕笼的电磁环境试验研究随着我国特高压电网的迅速发展已经起步。国家电网公司已在北京特高压直流试验基地建成了目前世界截面积最大的户外电晕笼，以供进行特高压直流线路的电晕特性的研究。它设计合理、结构复杂、测控系统先进，用它进行直流效应电晕效应试验的可信度高。

目前，我国已确定±400kV、±500kV、±660kV、±800kV、±1100kV的直流电压等级序列，每一个电压等级所需导线均不同。同时，针对高海拔地区、重污秽地区、戈壁无人区，以及工程优化等需求，针对相同电压等级也可能需要采用不同的导线，这就需要针对多达数十种导线开展可听噪声试验研究。仅通过真型线路或直流试验线段对可听噪声进行系统研究时，且对试验电源、施工等要求较高，很难在较短时间内获得预期的试验数据，而利用电晕笼则能够弥补试验线段的这些不足。

通常1：1的真型试验线段的可听噪声试验具有很强的说服力，但是仅通过直流线段对可听噪声进行系统研究是一项“艰难”的工作。例如：天气条件对直流线路的可听噪声存在影响，但试验线段周围的环境、天气等都不可控，难以达到需要的试验条件；另外，在试验线段上对各种导线进行试验的费用也非常昂贵，而且需要花费大量时间进行施工和导线老化。因此完全依靠试验线段是不合理的，而利用电晕笼则能够弥补试验线段的这些不足。电晕笼是一种研究特高压输电线路导线电晕的经济有效试验手段。相对于几百米甚至上千米的试验线段，在电晕笼中进行导线电晕研究具有投资小、试验条件可控、结构调整方便、测量方便、试验周期短等优点。

但是，不同于交流电晕笼，利用直流电晕笼开展可听噪声试验的试验方法尚不成熟，而离子流效应的存在以及其单方向运动特性也导致了直流线路的可听噪声研究具有特殊性。这些困难都导致了直流电晕笼内测量到的可听噪声数据很难直接转换到实际线路上，严重制约了直流线路可听噪声的进一步研究。

电晕笼作为试验线段的补充，肩负着对工程中可能采用的多种分裂导线进行可听噪声水平试验的任务，本发明主要给出了利用电晕笼试验获得高压直流输电用分裂导线可听噪声的方法，是后续面向工程研究的必不可少的阶段。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种利用电晕笼实验获得高压直流输电分裂导线下方可听噪声的方法和系统。

根据本发明的一个方面，提出一种利用电晕笼实验获得高压直流输电分裂导线下方可听噪声的方法，包括：

步骤1，在电晕笼内架设高压直流输电分裂导线；

步骤2，给所述分裂导线加载多个不同的实验电压；

步骤3，在电晕笼的笼壁处或笼外侧测量可听噪声；

步骤4，对所述测量得到的可听噪声进行计算，进而得出电晕笼实验中分裂导线下方可听噪声的产生功率与分裂导线表面场强的函数关系A₀＝f(E)，其中A₀为分裂导线下方可听噪声的产生功率，E为导线表面场强；以及

步骤5，由电晕笼实验得出的分裂导线下方可听噪声的产生功率与导线表面场强的函数关系A₀＝f(E)来计算实际线路下方的可听噪声。

优选地，在步骤1中，所述电晕笼内架设的分裂导线的分裂数、分裂间距、子导线半径、导线型号以及导线表面状态与要测量的实际线路相同。

优选地，在步骤2中，所述多个不同的实验电压包含最小值与最大值之间导线起晕后的一系列电压，且所述多个不同的实验电压尽可能地覆盖实际线路的表面场强的电压，所述一系列电压之间的电压值间隔是相等的或不等的。

优选地，在步骤3中，将传声器置于电晕笼的中点垂直方向上，所述传声器与分裂导线的直线距离至少大于测量频率的一个波长。

优选地，在步骤3中，在所述电晕笼的笼壁上距离实验导线相等的位置上布置一个或多个传声器，使用所述测量得到的可听噪声的平均值来表示所述高压直流输电分裂导线下方的可听噪声。

优选地，在步骤4中，对所述测量得到的可听噪声进行计算包括：由所述测量测得的导线可听噪声得到分裂导线的可听噪声的产生功率，由实验电压计算得出导线的表面场强，然后由分裂导线的可听噪声的产生功率和表面场强拟合得出分裂导线下方可听噪声的产生功率和导线表面场强的函数关系。

优选地，在步骤5中，首先根据实际线路的电压和导线结构参数得出实际线路的表面场强，再根据分裂导线下方的可听噪声的产生功率与导线表面场强的函数关系计算实际线路下方观测点的可听噪声水平。

优选地，计算导线表面场强的方法为模拟电荷法、有限元法或逐次镜像法。

优选地，在步骤4中，所述拟合为通过对数形式或线性形式进行拟合，以获得分裂导线的可听噪声产生功率和表面场强的函数关系。

优选地，在步骤4中，通过下面的公式来计算实验中导线的可听噪声的产生功率：

单位长度地导线所产生的可听噪声功率为

其中，声压P与可听噪声功率密度J之间的关系为所述可听噪声功率密度为

$J={\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D^2+x^2)}dx+k{\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D_i^2+x^2)}dx=\frac{A_0}{2\mathrm{\π}}\[\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)\];$

其中，A₀为可听噪声产生功率；L为导线长度；D为观察点离导线中点的距离；k为声波地面反射系数；Di为测量点与线路镜像中心点之间的距离；δ为空气密度；c为声波传播速度；H为与传声器位置和导线长度相关的几何参数，H的表达式为

$H=\frac{2\mathrm{\π}}{\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)}.$

优选地，在步骤5中，对于无限长导线且不考虑地面反射时，测量点D处的可听噪声的功率密度表示为将功率密度输入到声压P与可听噪声的功率密度J的关系式中得出实际线路中可听噪声其中A₀为电晕笼中单位长导线产生的可听噪声功率，E为导线表面场强。

根据本发明的另一方面，提供一种利用电晕笼实验获得高压直流输电用分裂导线下可听噪声的系统，包括：

实验初始设置单元，包括高压直流输电用分裂导线的架设和实验电压的设置；

笼内数据测量单元，测量实验中电晕笼内分裂导线的声压数据；

数据计算拟合单元，根据测量数据进行计算并拟合公式；以及

实际测量计算单元，计算实际线路中电压，并利用数据计算拟合单元拟合出的公式，计算实际线路下方测量点的可听噪声。

优选地，其中实验初始设置单元中高压直流输电用分裂导线的分裂数、分裂间距、子导线半径以及导线型号和导线表面状态均与要测算的实际线路相同。

优选地，其中实验初始设置单元中设置的多个不同的实验电压包含最小值与最大值之间导线起晕后的一系列电压，且所述多个不同的实验电压尽可能地覆盖实际线路的表面场强的电压，所述一系列电压之间的电压值间隔是相等的或不等的。

优选地，其中笼内数据测量单元在测量分裂导线的声压值时，将传声器置于电晕笼中点垂直方向上，所述传声器与分裂导线的直线距离至少大于测量频率的一个波长。

优选地，其中笼内数据测量单元在测量分裂导线的声压值时，在所述电晕笼的笼壁上距离实验导线相等的位置上布置一个或多个传声器，使用所述测量得到的可听噪声的平均值来表示所述高压直流输电分裂导线下方的可听噪声。

优选地，其中数据计算拟合单元需要计算的数据包括：由所述测量得到的可听噪声得到分裂导线的可听噪声的产生功率、由实验电压计算得出导线的表面场强。

优选地，其中数据计算拟合单元根据所述的分裂导线的可听噪声的产生功率和导线的表面场强进行拟合，得出分裂导线下方可听噪声的产生功率和导线表面场强的函数关系。

优选地，其中数据计算拟合单元进行的拟合为通过对数形式或线性形式进行拟合，以获得分裂导线的可听噪声产生功率和表面场强的函数关系。

优选地，实际测量计算单元首先根据实际线路的电压和导线结构参数得出实际线路的表面场强，再根据分裂导线下方可听噪声的产生功率与导线表面场强的函数关系计算实际线路下方观测点的可听噪声水平。

优选地，数据计算拟合单元和实际测量计算单元在计算导线表面场强时使用的方法为模拟电荷法、有限元法或逐次镜像法。

优选地，数据计算拟合单元通过下面的公式计算导线的可听噪声的产生功率：

单位长度地导线所产生的可听噪声功率为

其中，声压P与可听噪声功率密度J之间的关系为所述可听噪声功率密度为

$J={\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D^2+x^2)}dx+k{\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D_i^2+x^2)}dx=\frac{A_0}{2\mathrm{\π}}\[\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)\];$

其中，A₀为可听噪声产生功率；L为导线长度；D为观察点离导线中点的距离；k为声波地面反射系数；Di为测量点与线路镜像中心点之间的距离；δ为空气密度；c为声波传播速度；H为与传声器位置和导线长度相关的几何参数，H的表达式为

$H=\frac{2\mathrm{\π}}{\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)}.$

优选地，实际测量计算单元在计算实际线路中，对于无限长导线且不考虑地面反射时，测量点D处的可听噪声的功率密度表示为将功率密度输入到声压P与可听噪声的功率密度J的关系式中得出实际线路中可听噪声其中A₀为电晕笼中单位长导线产生的可听噪声功率，E为导线表面场强。

本发明设计的利用电晕笼实验获得高压直流输电分裂导线下方可听噪声的方法和系统，利用电晕笼实验条件可控、测量方便和测量周期短等优点，在现有技术上，解决了直流导线表面场强无法直接测量得出时，如何将电晕笼进行导线电晕效应试验的数据转化到实际线路上这一问题。并利用得出的导线的可听噪声的产生功率与导线表面场强的关系式，计算出实际直流线路附近所测得的理论声压级大小，通过它与相关标准中设定的可听噪声限值进行对比，能够判断当前计算线路能否满足电磁环境的要求，方便线路设计人员通过技术经济比较设计出能够满足电磁环境标准的特高压线路。

本发明技术方案中，由于特高压输电线路的可听噪声限值要求决定了输电铁塔的高度和线路走廊宽度等，因此利用本发明中的计算公式可估算影响线路建设的成本，同时，特高压线路电晕放电产生的可听噪声，特别是恶劣天气下产生的可听噪声是线路设计的控制条件，它不仅直接决定了导线选型，更是环保部门和广大民众倍加关注的问题，对利用电晕笼试验获得高压直流输电用分裂导线可听噪声的方法研究具有重要的社会效益。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的获得高压直流输电用分裂导线下可听噪声的方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的电晕笼及其内部架设的分裂导线结构示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的获得高压直流输电用分裂导线下可听噪声的系统结构图；

图4为根据本发明优选实施方式的笼内数据测量单元的结构示意图；

图5为根据本发明优选实施方式的电晕笼内正极导线的测量点示意图；

图6为根据本发明优选实施方式得出的拟合效果示意图；以及

图7为根据本发明优选实施例，在实验导线上施加+800kV电压时，由电晕笼内导线得出的可听噪声拟合函数计算得出的实际线路下方观测点的可听噪声与实测值的对比。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明的利用电晕笼实验获得高压直流线路分裂导线下方可听噪声的方法主要针对现有直流电晕笼内测量到的可听噪声数据难以直接转换到实际线路上的问题，基于电晕笼的特殊结构，将实验测得的数据有效的转化到实际线路当中，为特高压直流线路的线路设计提供重要参考。

图1示出了根据本发明优选实施方式的获得高压直流输电用分裂导线下可听噪声的方法流程图。如图1所示，利用电晕笼实验获得高压直流线路分裂导线下方可听噪声的方法从101开始，在步骤101，在电晕笼内架设高压直流输电分裂导线。优选地，所述电晕笼内架设的分裂导线的分裂数、分裂间距、子导线半径、导线型号以及导线表面状态与要测量的实际线路相同。

优选地，在步骤102中，向步骤101中架设的高压直流输电分裂导线加载多个不同的实验电压。优选地，所述多个不同的实验电压包含最小值与最大值之间导线起晕后的一系列电压，且所述多个不同的实验电压尽可能地覆盖实际线路的表面场强的电压。优选地，所述一系列电压之间的电压值间隔是相等的或不等的。

优选地，在步骤103中，在电晕笼的笼壁处或笼外侧放置传声器测量可听噪声。优选地，所述传声器放置于电晕笼的中点垂直方向上，且传声器与分裂导线的直线距离至少大于测量频率的一个波长。优选地，所述传声器可在电晕笼的笼壁或笼外侧距离实验导线相等的位置放置一个或多个传声器，使用所述测量得到的可听噪声的平均值来表示所述高压直流输电分裂导线下方的可听噪声。

优选地，传声器测得实验导线的可听噪声后，进行步骤104。在步骤104中，通过对所述测量得到的实验导线可听噪声进行计算，进而得出电晕笼实验中分裂导线下方可听噪声的产生功率与分裂导线表面场强的函数关系。优选地，所述对测量得到的实验导线可听噪声进行的计算包括：由所述测量测得的导线可听噪声得到分裂导线的可听噪声的产生功率，由实验电压计算得出导线的表面场强，然后由分裂导线的可听噪声的产生功率和表面场强拟合得出分裂导线下方可听噪声的产生功率和导线表面场强的函数关系。

优选地，通过下面的公式来计算实验中导线的可听噪声的产生功率：

单位长度地导线所产生的可听噪声功率为

其中，声压P与可听噪声功率密度J之间的关系为所述可听噪声功率密度为

$J={\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D^2+x^2)}dx+k{\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D_i^2+x^2)}dx=\frac{A_0}{2\mathrm{\π}}\[\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)\];$

其中，A₀为可听噪声产生功率；L为导线长度；D为观察点离导线中点的距离；k为声波地面反射系数；Di为测量点与线路镜像中心点之间的距离；δ为空气密度；c为声波传播速度；H为与传声器位置和导线长度相关的几何参数，H的表达式为

$H=\frac{2\mathrm{\π}}{\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)}.$

优选地，步骤104进行的拟合为通过对数形式或线性形式进行拟合，以获得分裂导线的可听噪声产生功率和表面场强的函数关系。

优选地，在步骤105中，由步骤104拟合得出的分裂导线下方可听噪声的产生功率与导线表面场强的函数关系来计算实际线路下方的可听噪声。优选地，在计算实际线路下方的可听噪声时，首先根据实际线路的电压和导线结构参数得出实际线路的表面场强，再将计算得到的实际线路表面场强E带入到步骤104中得出的分裂导线下方的可听噪声的产生功率与导线表面场强的函数关系A₀＝f(E)中，其中A₀为电晕笼中单位长导线产生的可听噪声功率，E为导线表面场强，并得到计算实际线路下方观测点的可听噪声水平P。优选地，在实际线路中，对于无限长导线且不考虑地面反射时，实际线路中测量点D处的可听噪声的功率密度表示为将功率密度输入到声压P与可听噪声的功率密度J的关系式中得出实际线路中可听噪声

优选地，步骤104和步骤105中计算导线表面场强的方法为模拟电荷法、有限元法或逐次镜像法。

图2为根据本发明优选实施方式的电晕笼及其内部架设的分裂导线结构示意图。在图2中，电晕笼被分为三段结构：其中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。

优选地，为避免外界的干扰，电晕笼被设计成内外两层。内层负责测量工作，按照上述描述进行设计；外层起到对外界干扰的屏蔽作用，因此不必分段，但需保证良好接地。

优选地，除电晕笼本体外，为将导线悬挂在电晕笼内，还需要特殊设计的杆塔、绝缘子、导线挂盘等。电晕笼内的导线用特殊设计的导线挂盘悬挂，导线挂盘上的导线可调整分裂间距。导线挂盘通过杆塔和绝缘子进行牵拉。同时杆塔上有特殊设计的横担，可通过绝缘子悬吊导线挂盘。

图3为根据本发明优选实施方式的获得高压直流输电用分裂导线下可听噪声的系统结构图。如图3所示，计算高压直流输电用分裂导线下可听噪声系统300包括：实验初始设置单元301、笼内数据测量单元302、数据计算拟合单元303以及实际测量计算单元304。系统300通过向架设在实验初始设置单元301内的电晕笼内的分裂导线施加不同的电压，并通过测量分裂导线的可听噪声，拟合分裂导线的可听噪声的产生功率和导线的表面场强并得到分裂导线的可听噪声的产生功率和导线的表面场强的函数关系式。最后通过计算实际线路的加载电压，得到实际线路中导线表面的场强，并带入到分裂导线的可听噪声的产生功率和导线的表面场强的函数关系式中，得到实际线路中导线的可听噪声的产生功率，并通过实际线路中声压和可听噪声功率密度的关系式得到实际线路中导线的可听噪声。

优选地，实验初始设置单元301，包括高压直流输电用分裂导线的架设和实验电压的设置。优选地，实验初始设置单元301中高压直流输电用分裂导线的分裂数、分裂间距、子导线半径以及导线型号和导线表面状态均与要测算的实际线路相同。优选地，实验初始设置单元301中设置的多个不同的实验电压包含最小值与最大值之间导线起晕后的一系列电压，且所述多个不同的实验电压尽可能地覆盖实际线路的表面场强的电压，所述一系列电压之间的电压值间隔是相等的或不等的.

优选地，笼内数据测量单元302测量实验中电晕笼内分裂导线的声压数据。优选地，笼内数据测量单元302在测量分裂导线的声压值时，在所述电晕笼的笼壁上距离实验导线相等的位置上布置一个或多个传声器，使用所述测量得到的可听噪声的平均值来表示所述高压直流输电分裂导线下方的可听噪声。

优选地，数据计算拟合单元303根据笼内数据测量单元302测量得到的实验导线可听噪声数据进行计算并拟合公式。优选地，数据计算拟合单元303需要计算的数据包括：由所述测量得到的可听噪声得到分裂导线的可听噪声的产生功率、由实验电压计算得出导线的表面场强。优选地，数据计算拟合单元303根据所述的分裂导线的可听噪声的产生功率和导线的表面场强进行拟合，得出分裂导线下方可听噪声的产生功率和导线表面场强的函数关系。应当了解的是，所述拟合通过对数形式或线性形式进行拟合，以获得分裂导线的可听噪声产生功率和表面场强的函数关系。

优选地，数据计算拟合单元303通过下面的公式计算导线的可听噪声的产生功率：

单位长度地导线所产生的可听噪声功率为

其中，声压P与可听噪声功率密度J之间的关系为所述可听噪声功率密度为

$J={\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D^2+x^2)}dx+k{\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D_i^2+x^2)}dx=\frac{A_0}{2\mathrm{\π}}\[\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)\];$ 其中，A₀为可听噪声产生功率；L为导线长度；D为观察点离导线中点的距离；k为声波地面反射系数；Di为测量点与线路镜像中心点之间的距离；δ为空气密度；c为声波传播速度；H为与传声器位置和导线长度相关的几何参数，H的表达式为

$H=\frac{2\mathrm{\π}}{\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)}.$

优选地，实际测量计算单元304通过计算实际线路中电压，并利用数据计算拟合单元拟合出的公式，达到计算实际线路下方测量点的可听噪声的目的。优选地，实际测量计算单元304首先根据实际线路的电压和导线结构参数得出实际线路的表面场强E，再将计算得到的实际线路表面场强E带入到数据计算拟合单元303中得出的分裂导线下方的可听噪声的产生功率与导线表面场强的函数关系A₀＝f(E)中，其中A₀为电晕笼中单位长导线产生的可听噪声功率，E为导线表面场强，并得到计算实际线路下方观测点的可听噪声水平P。

优选地，在实际测量计算单元304计算实际线路中导线可听噪声时，对于无限长导线且不考虑地面反射时，实际线路中测量点D处的可听噪声的功率密度表示为将功率密度输入到声压P与可听噪声的功率密度J的关系式中得出实际线路中可听噪声

图4为根据本发明优选实施方式的笼内数据测量单元的结构示意图。如图4所示，笼内数据测量单元主要由电晕笼、传声器、测量主机、工控机以及背景噪声传声器组成。优选地，在电晕笼中架设实验导线并利用笼壁或笼外侧的传声器对实验导线的可听噪声进行测量，并将传声器采集的噪声信号输送至测量主机，由测量主机对传声器采集的噪声信号进行滤波、数模变换后得到数字信号，将其发送到工控机。优选地，工控机通过安装在工控机上的软件对整个测量过程进行控制，并对测量数据进行变换并保存测试数据，与此同时，工控机还需要记录气象参数，例如测试时的温度、湿度、风速、大气压等，以达到更精准的实验数据。优选地，背景噪声传声器在其他传声器测量高压直流线路的可听噪声的同时，监测背景噪声，用于后期与导线的可听噪声测试数据一块进行分析导线的电晕噪声测试结果。

图5为根据本发明优选实施方式的电晕笼内正极导线的测量点示意图。如图5所示，测量时，将传声器安装在高压直流线路的上、下、左和右共四侧面上，如图5中1、2、3、4所示位置，且传声器与实验导线的直线距离至少大于测量频率的一个波长。在测量噪声时，每隔1s读取一次数据，数据类型选择等效A声级。传声器的取向垂直于高压直流线路正极导线，使用测得可听噪声结果的平均值来表示所述高压直流线路的可听噪声。

图6为根据本发明优选实施方式得出的拟合效果示意图。以位于北京昌平的特高压工程技术国家工程实验室的电晕笼中所测的特高压直流线路电晕可听噪声数据为例，用线形和对数形式分别拟和，可以得到如下的导线可听噪声的产生功率与导线表面场强的函数形式：A₀＝-34.5+1.63E和A₀＝71.2+106log(E/100)，式中A₀表示单位长导线的可听噪声产生功率，E表示导线表面的平均最大场强(kV/cm)，对数形式和线性形式得到的拟合函数关系式的可听噪声拟合效果如图6所示。

优选地，图6中四季平均值为该种导线在一年四季中均进行大量的可听噪声试验，进而取其统计平均值，消除季节的影响。从而可以得出，对数形式拟和效果比线性公式更好。

图7为根据本发明优选实施例，由电晕笼内导线得出的可听噪声拟合函数计算得出的实际线路下方观测点的可听噪声与实测值的对比。图7中所示的计算值为：在实验导线上施加+800kV电压时，利用电晕笼实验得出的函数公式计算实际线路中导线下方观测点的可听噪声横向分布；测量值为实际线路中导线施加+800kV时，导线下方的实测结果。由图6可以看出，实际测量值同计算值基本吻合，证明本专利所提方法的有效性，可以用来预测实际线路的可听噪声水平。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (23)

1.一种利用电晕笼实验获得高压直流输电分裂导线下方可听噪声的方法，包括：

步骤1，在电晕笼内架设高压直流输电分裂导线；

步骤2，给所述分裂导线加载多个不同的实验电压；

步骤3，在电晕笼的笼壁处或笼外侧测量可听噪声；

步骤4，对所述测量得到的可听噪声进行计算，进而得出电晕笼实验中分裂导线下方可听噪声的产生功率与分裂导线表面场强的函数关系A₀＝f(E)，其中A₀为分裂导线下方可听噪声的产生功率，E为导线表面场强；以及

步骤5，由电晕笼实验得出的分裂导线下方可听噪声的产生功率与导线表面场强的函数关系A₀＝f(E)来计算实际线路下方的可听噪声。

2.根据权利要求1所述的方法，在步骤1中，所述电晕笼内架设的分裂导线的分裂数、分裂间距、子导线半径、导线型号以及导线表面状态与要测量的实际线路相同。

3.根据权利要求1所述的方法，在步骤2中，所述多个不同的实验电压包含最小值与最大值之间导线起晕后的一系列电压，且所述多个不同的实验电压尽可能地覆盖实际线路的表面场强的电压，所述一系列电压之间的电压值间隔是相等的或不等的。

4.根据权利要求1所述的方法，在步骤3中，将传声器置于电晕笼的中点垂直方向上，所述传声器与分裂导线的直线距离至少大于测量频率的一个波长。

5.根据权利要求1所述的方法，在步骤3中，在所述电晕笼的笼壁上距离实验导线相等的位置上布置一个或多个传声器，使用所述测量得到的可听噪声的平均值来表示所述高压直流输电分裂导线下方的可听噪声。

6.根据权利要求1所述的方法，在步骤4中，对所述测量得到的可听噪声进行计算包括：由所述测量测得的导线可听噪声得到分裂导线的可听噪声的产生功率，由实验电压计算得出导线的表面场强，然后由分裂导线的可听噪声的产生功率和表面场强拟合得出分裂导线下方可听噪声的产生功率和导线表面场强的函数关系。

7.根据权利要求1所述的方法，在步骤5中，首先根据实际线路的电压和导线结构参数得出实际线路的表面场强，再根据分裂导线下方的可听噪声的产生功率与导线表面场强的函数关系计算实际线路下方观测点的可听噪声水平。

8.根据权利要求6或7所述的方法，计算导线表面场强的方法为模拟电荷法、有限元法或逐次镜像法。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述拟合为通过对数形式或线性形式进行拟合，以获得分裂导线的可听噪声产生功率和表面场强的函数关系。

10.根据权利要求6所述的方法，通过下面的公式来计算实验中导线的可听噪声的产生功率：

单位长度地导线所产生的可听噪声功率为

其中，声压P与可听噪声功率密度J之间的关系为所述可听噪声功率密度为

$J={\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D^2+x^2)}dx+k{\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D_i^2+x^2)}dx=\frac{A_0}{2\mathrm{\π}}\[\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)\];$

其中，A₀为可听噪声产生功率；L为导线长度；D为观察点离导线中点的距离；k为声波地面反射系数；Di为测量点与线路镜像中心点之间的距离；δ为空气密度；c为声波传播速度；H为与传声器位置和导线长度相关的几何参数，H的表达式为

$H=\frac{2\mathrm{\π}}{\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)}.$

11.根据权利要求7中所述方法，其特征在于：实际线路中，对于无限长导线且不考虑地面反射时，测量点D处的可听噪声的功率密度表示为将功率密度输入到声压P与可听噪声的功率密度J的关系式中得出实际线路中可听噪声其中A₀为电晕笼中单位长导线产生的可听噪声功率，E为导线表面场强。

12.一种利用电晕笼实验获得高压直流输电用分裂导线下可听噪声的系统，包括：

实验初始设置单元，包括高压直流输电用分裂导线的架设和实验电压的设置；

笼内数据测量单元，测量实验中电晕笼内分裂导线的声压数据；

数据计算拟合单元，根据所述测量数据进行计算并拟合公式；以及

实际测量计算单元，计算实际线路中电压，并利用数据计算拟合单元拟合出的公式，计算实际线路下方测量点的可听噪声。

13.根据权利要求12所述的系统，其中实验初始设置单元中高压直流输电用分裂导线的分裂数、分裂间距、子导线半径以及导线型号和导线表面状态均与要测算的实际线路相同。

14.根据权利要求12所述的系统，其中实验初始设置单元中设置的多个不同的实验电压包含最小值与最大值之间导线起晕后的一系列电压，且所述多个不同的实验电压尽可能地覆盖实际线路的表面场强的电压，所述一系列电压之间的电压值间隔是相等的或不等的。

15.根据权利要求12所述的系统，其中笼内数据测量单元在测量分裂导线的声压值时，将传声器置于电晕笼中点垂直方向上，所述传声器与分裂导线的直线距离至少大于测量频率的一个波长。

16.根据权利要求12所述的系统，其中笼内数据测量单元在测量分裂导线的声压值时，在所述电晕笼的笼壁上距离实验导线相等的位置上布置一个或多个传声器，使用所述测量得到的可听噪声的平均值来表示所述高压直流输电分裂导线下方的可听噪声。

17.根据权利要求12所述的系统，其中数据计算拟合单元需要计算的数据包括：由所述测量得到的可听噪声得到分裂导线的可听噪声的产生功率、由实验电压计算得出导线的表面场强。

18.根据权利要求12所述的系统，其中数据计算拟合单元根据所述的分裂导线的可听噪声的产生功率和导线的表面场强进行拟合，得出分裂导线下方可听噪声的产生功率和导线表面场强的函数关系。

19.根据权利要求18所述的数据计算拟合单元，其特征在于所述拟合为通过对数形式或线性形式进行拟合，以获得分裂导线的可听噪声产生功率和表面场强的函数关系。

20.根据权利要求12所述的系统，实际测量计算单元首先根据实际线路的电压和导线结构参数得出实际线路的表面场强，再根据分裂导线下方可听噪声的产生功率与导线表面场强的函数关系计算实际线路下方观测点的可听噪声水平。

21.根据权利要求12所述的系统，数据计算拟合单元和实际测量计算单元在计算导线表面场强时使用的方法为模拟电荷法、有限元法或逐次镜像法。

22.根据权利要求12所述的系统，数据计算拟合单元通过下面的公式计算导线的可听噪声的产生功率：

单位长度地导线所产生的可听噪声功率为

其中，声压P与可听噪声功率密度J之间的关系为所述可听噪声功率密度为

$J={\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D^2+x^2)}dx+k{\∫}_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\frac{A_0}{4\mathrm{\π}(D_i^2+x^2)}dx=\frac{A_0}{2\mathrm{\π}}\[\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)\];$

其中，A₀为可听噪声产生功率；L为导线长度；D为观察点离导线中点的距离；k为声波地面反射系数；Di为测量点与线路镜像中心点之间的距离；δ为空气密度；c为声波传播速度；H为与传声器位置和导线长度相关的几何参数，H的表达式为

$H=\frac{2\mathrm{\π}}{\frac{1}{D}\arctan \left(\frac{L}{2D}\right)+\frac{k}{D_i}\arctan \left(\frac{L}{2D_i}\right)}.$

23.根据权利要求12所述的系统，实际测量计算单元在计算实际线路中，对于无限长导线且不考虑地面反射时，测量点D处的可听噪声的功率密度表示为将功率密度输入到声压P与可听噪声的功率密度J的关系式中得出实际线路中可听噪声其中A₀为电晕笼中单位长导线产生的可听噪声功率，E为导线表面场强。