CN109188114B - 一种近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置和方法。所述装置和方法根据法拉第笼原理，使用金属网组合而成的网状金属笼制成电磁屏蔽单元，用于容纳噪声测量仪器，然后将固定了噪声测量仪器的电磁屏蔽单元放置于噪声源声场的近场区测量噪声数据。所述装置和方法和现有技术相比，具有使得测试的分裂导线电晕噪声与环境噪声的比值最大化，因而测量结果受环境噪声的影响很小，有效提高测量数据的信噪比，使测量结果更加准确，噪声测量装置简易方便，能够长时间持续在线近场测量分裂导线的电晕噪声，方便实验人员获得准确的噪声数据，提高了系统的运行可靠性等优点。

Description

一种近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置和方法
技术领域
本发明涉及电力测量领域,并且更具体地，涉及一种近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置和方法。
背景技术
电力能源需求的增长使得输电线路电压等级不断升高，输电线路电晕所产生的可听噪声也随之增大。超、特高压输电线路的电晕噪声问题越发突出，为抑制电晕放电、减小电晕噪声，目前超、特高压输电线路均采用分裂导线的导线架设方式，但电晕噪声问题依然严重。而且，电晕效应问题已成为导线选型、线路结构设计以及确定走廊宽度中必须进行估算的参数。因此对分裂导线的电晕噪声准确测量对超特高压输电电路的设计等有非常重要的工程意义。
由于输电线路几何尺寸较大，目前针对分裂导线电晕噪声的测量基本以户外试验线段和实际线路为主。为保证测量人员和测量设备的安全，测量所选取的电晕噪声测量点一般距离导线较远，噪声信号从声源到测点的衰减较大，测点信号非常容易受到环境噪声的干扰。
户外测试的方式本就存在环境背景噪声的干扰的缺陷，远距离的测量更会增加电晕噪声测量结果的不准确度。传统的这种输电线路噪声测量方式得到的噪声测量数据不仅包含电晕噪声分量，还包括了大量的背景噪声分量，如风声，公路上的机动车噪声，工厂机器噪声，居民生活区的噪声等。严重的情况下，电晕噪声会被背景噪声淹没，使分裂导线输电线路的电晕噪声测试结果严重失真，严重影响分裂导线输电线路电晕噪声的评价及预测修正。因此，亟需找到一种方法，实现分裂导线输电线路电晕噪声的准确测量。
为提高输电线路电晕噪声测量数据的准确度，国内外相关工作者主要采用两类方法。第一类就是提高噪声测量仪器的准确度并将测量试验安排在背景噪声较小的夜间进行。这种方法一定程度减小了背景噪声的干扰提高了侧脸该数据的准确度，但是测量试验的限制条件较多，且输电线路走廊夜间背景噪声较大时效果不明显。第二类方式就是将输电线路电晕噪声测量结果中的背景噪声干扰滤除。这类方法测量相对较为简单，但是后期数据处理麻烦，且滤除过程中不可避免地会滤除部分有效数据。因此，非常有必要提供一种分裂导线电晕噪声准确测试的方法，使得测量的导线电晕噪声与环境噪声的比值最大化，为分裂导线电晕噪声的准确测量提供技术支撑。
发明内容
针对现有技术中通过将输电线路电晕噪声测量结果中的背景噪声干扰滤除确定电晕噪声的方法中后期数据处理麻烦，且滤除过程中不可避免地会滤除部分有效数据的技术问题，本发明提供一种近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置，所述装置包括：
电磁屏蔽单元，其是根据法拉第笼原理，使用金属网组合而成的网状金属笼，用于容纳噪声测量仪器；
噪声测量仪器，其间隔设置于电磁屏蔽单元内部，用于测量输电线路分裂导线电晕噪声信号。
进一步地，所述装置还包括第一固定连接件，其两端固定于电磁屏蔽单元的网状金属笼上，用于使所述噪声测量仪器固定在所述第一固定连接件与电磁屏蔽单元连接部分以外的其他位置上，保持与电磁屏蔽单元间隔设置，其中，所述第一固定连接件采用绝缘材料制成。
进一步地，所述噪声测量仪器为经过声校准器校准后的声级计。
进一步地，所述电磁屏蔽单元中的网状金属笼不少于一层。
进一步地，所述电磁屏蔽单元的金属网之间的连接处采用金属丝固定。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种利用近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量输电线路分裂导线电晕噪声方法，所述方法包括：
将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线之间；
调整输电线路的试验电压Vt以测量所述输电线路分裂导线在不同电压下的电晕噪声；
当测量结束时，取下所述装置，导出电晕噪声数据。
进一步地，所述方法在将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于分裂导线之间前还包括：
校正噪声测量仪器的运行时间，设置噪声测量仪器的自动运行时间；
将噪声测量仪器固定于电磁屏蔽单元内部。
进一步地，将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线之间是指将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线间隔棒的中央位置。
进一步地，将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线之间是指采用3个以上的第二固定连接件，将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置固定于分裂导线之间，其中，所述第二固定连接件对称分布在所述装置的最大切面的周边。
进一步地，所述将噪声测量仪器间隔设置于电磁屏蔽单元内部包括：
将第一固定连接件放置于电磁屏蔽单元内，并且所述绝缘固定件的两端与电磁屏蔽单元连接；
将噪声测量仪器固定在所述第一固定连接件与电磁屏蔽单元连接部分以外的其他位置上。
进一步地，所述调整输电线路的试验电压Vt以测量所述输电线路分裂导线在不同电压下的电晕噪声包括：
设置输电线路的试验电压Vt的范围Vtmin≤Vt≤Vtmax，设置试验电压Vt的电压调整量ΔV，设置试验电压Vt的初值为Vt＝Vtmax或者Vt＝Vtmin，其中，所述Vtmin为试验电压Vt的最小值，且Vtmin≤Vc，Vc为起晕电压，所述Vtmax为试验电压Vt的最大值，当所述试验电压Vt＝Vtmax时，分裂导线的表面电场强度E≥32kV/cm；
当所述Vt＝Vtmax时，则按照所述电压调整量ΔV，逐步下调所述试验电压Vt的值，直至试验电压Vt＝Vtmin；
当所述Vt＝Vtmin时，按照所述电压调整量ΔV，逐步上调所述试验电压Vt的值，直至试验电压Vt＝Vtmax。
本发明技术方案提供的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置和方法将噪声传播理论应用于输电线路，根据法拉第笼原理，使用金属网组合而成的网状金属笼制成电磁屏蔽单元，用于容纳噪声测量仪器，然后将固定了噪声测量仪器的电磁屏蔽单元放置于噪声源声场的近场区测量噪声数据。所述装置和方法和现有技术相比，具有如下有益效果：
1.本发明所提供的技术方案中，噪声测量装置距离噪声源很近，使得测试的分裂导线电晕噪声与环境噪声的比值最大化，因而测量结果受环境噪声的影响很小；
2.本发明所提供的技术方案中，根据法拉第电磁感应定律设计特殊的电磁屏蔽单元，使得噪声测量仪器可以接近导线进行测量，有效提高测量数据的信噪比，测量结果更加准确；
3.本发明所提供的技术方案中，噪声测量装置简易方便，能够长时间持续在线近场测量分裂导线的电晕噪声，方便实验人员获得准确的噪声数据，提高了系统的运行可靠性；
4.本发明所提供的技术方案中，特殊设计的电磁屏蔽单元不仅可以保护噪声测量仪器；而且，在实际使用中，对于5kHz以下频段，电磁屏蔽单元对测量没有影响；从5kHz到20kHz的频带范围内，传递函数最大不超过2dB，大多数频带传递函数小于0.5dB，电磁屏蔽单元对测量结果的影响很小；
5.本发明所提供的技术方案对分裂导线线路的安全可靠运行有重要意义，具有显著的社会效益和经济效益。
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近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置的结构示意图；
图2是根据本发明优选实施方式的电场屏蔽单元的结构示意图；
图3为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的方法的流程图；
图4(a)为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量的电晕噪声的A计权等效声压级随时间变化的曲线；
图4(b)为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量的电晕噪声的C计权最大峰值随时间变化的曲线；
图4(c)为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量的电晕噪声的快档A计权瞬时声压级最大值随时间变化的曲线；
图4(d)为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量的电晕噪声的快档A计权瞬时声压级最小值随时间变化的曲线；
图5为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量中声计权类型的曲线图。
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。
图1为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置的结构示意图。如图1所示，本优选实施方式所述的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置100包括：
电磁屏蔽单元101，其是根据法拉第笼原理，使用金属网组合而成的网状金属笼，用于容纳噪声测量仪器；
优选地，所述电磁屏蔽单元中的网状金属笼不少于一层。
图2是根据本发明优选实施方式的电场屏蔽单元的结构示意图。如图2所示，在本优选实施方式中，所述电磁屏蔽单元101是用金属网状半球组合而成的双层网状金属笼，所述金属网最大直径处的外侧带有金属环，方便网状半球组合成金属笼时进行固定。所述网状半球的底部带有支撑脚，可以最大程度地保持不同层金属网之间的间隔相对均匀，方便多层设计。
优选地，所述电磁屏蔽单元的金属网之间的连接处采用金属丝固定。在本优选实施方式中，采用铜丝穿过每个金属网状半球的金属环的方式将半球连接成金属笼。
噪声测量仪器102，其间隔设置于电磁屏蔽单元内部，用于测量输电线路分裂导线电晕噪声信号。
优选地，所述噪声测量仪器为经过声校准器校准后的声级计。在本优选实施方式中，所述噪声测量仪器为经过声校准器校准后的B&K2250声级计。
优选地，所述装置还包括第一固定连接件103，其两端固定于电磁屏蔽单元的网状金属笼上，用于使所述噪声测量仪器固定在所述第一固定连接件与电磁屏蔽单元连接部分以外的其他位置上，保持与电磁屏蔽单元间隔设置，其中，所述第一固定连接件采用绝缘材料制成。
如图1所示，在本优选实施方式中，所述第一固定连接件103为两根竹签，其以十字交叉的方式固定于内层金属网的内壁上，所述噪声测量仪器采用自锁式尼龙扎带固定在十字交叉的竹签上。
图3为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的方法的流程图。如图3所示，本优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的方法从步骤301开始。
在步骤301，将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线之间；
在步骤302，调整输电线路的试验电压Vt以测量所述输电线路分裂导线在不同电压下的电晕噪声；
在步骤303，当测量结束时，取下所述装置，导出电晕噪声数据。
优选地，所述方法在将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于分裂导线之间前还包括：
校正噪声测量仪器的运行时间，设置噪声测量仪器的自动运行时间；
将噪声测量仪器固定于电磁屏蔽单元内部。
优选地，将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线之间是指将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线间隔棒的中央位置。
优选地，将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线之间是指采用3个以上的第二固定连接件，将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置固定于分裂导线之间，其中，所述第二固定连接件对称分布在所述装置的最大切面的周边。如图1所示，在本优选实施方式中，采用铜丝作为第二固定连接件，并且数目为4个，以对角连接的方式分布于网状金属笼最大切面的周边，一端与网状金属笼连接，另一端与分裂导线连接。
优选地，所述将噪声测量仪器间隔设置于电磁屏蔽单元内部包括：
将第一固定连接件放置于电磁屏蔽单元内，并且所述绝缘固定件的两端与电磁屏蔽单元连接；
将噪声测量仪器固定在所述第一固定连接件与电磁屏蔽单元连接部分以外的其他位置上。
优选地，所述调整输电线路的试验电压Vt以测量所述输电线路分裂导线在不同电压下的电晕噪声包括：
设置输电线路的试验电压Vt的范围Vtmin≤Vt≤Vtmax，设置试验电压Vt的电压调整量ΔV，设置试验电压Vt的初值为Vt＝Vtmax或者Vt＝Vtmin，其中，所述Vtmin为试验电压Vt的最小值，且Vtmin≤Vc，Vc为起晕电压，所述Vtmax为试验电压Vt的最大值，当所述试验电压Vt＝Vtmax时，分裂导线的表面电场强度E≥32kV/cm；
当所述Vt＝Vtmax时，则按照所述电压调整量ΔV，逐步下调所述试验电压Vt的值，直至试验电压Vt＝Vtmin；
当所述Vt＝Vtmin时，按照所述电压调整量ΔV，逐步上调所述试验电压Vt的值，直至试验电压Vt＝Vtmax。
在本优选实施方式中，以国家电网公司位于北京昌平的特高压直流试验线段分裂导线电晕噪声测量结果为例来说明本发明的效果：
测量试验前验证了双层网状金属笼的影响效果，发现5kHz以下频段，双层网状金属笼对测量没有影响，从5kHz到20kHz的频带范围内，双层网状金属笼对测量的影响最大不超过2dB，大多数频带小于0.5dB。因此，双层网状金属笼对测量结果的影响主要在0.5dB以内，个别频带最大也不超过2dB，对测量结果的影响很小。
将所述测量装置放置于国家电网公司位于北京昌平的特高压直流试验线段分裂导线内部的间隔棒中央位置进行测量，得出结果如图4(a)、图4(b)、图4(c)和图4(d)所示。其中，图4(a)为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量的电晕噪声的A计权等效声压级随时间变化的曲线；图4(b)为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量的电晕噪声的C计权最大峰值随时间变化的曲线；图4(c)为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量的电晕噪声的快档A计权瞬时声压级最大值随时间变化的曲线；图4(d)为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量的电晕噪声的快档A计权瞬时声压级最小值随时间变化的曲线。在所述图中，LAeq的值在50dB(A)上下变化，但在晚上9:30至12:30这段时间里，LAeq值从80dB(A)逐渐下降到50dB(A)左右。LAFmax与LAFmin结合在一起反映了电晕噪声近场A计权声级的变动范围。LCpeak显示了宽频带范围内电晕噪声峰值，可以看出，在整个测量时段，电晕噪声的值超过了110dB。
图5为根据本发明优选实施方式的近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置测量中声计权类型的曲线图。如图5所示，相对于A计权，C计权具有更宽的频带范围，根据电晕噪声的特点，C计权更能反映电晕噪声原本的属性，A计权则是反映人对电晕噪声的感受。
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 (11)

1.一种近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置，其特征在于，所述装置包括：
电磁屏蔽单元，其是根据法拉第笼原理，使用金属网组合而成的网状金属笼，用于容纳噪声测量仪器；
噪声测量仪器，其间隔设置于电磁屏蔽单元内部，用于测量输电线路分裂导线电晕噪声信号；
所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一固定连接件，其两端固定于电磁屏蔽单元的网状金属笼上，用于使所述噪声测量仪器固定在所述第一固定连接件与电磁屏蔽单元连接部分以外的其他位置上，保持与电磁屏蔽单元间隔设置，其中，所述第一固定连接件采用绝缘材料制成。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述噪声测量仪器为经过声校准器校准后的声级计。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁屏蔽单元中的网状金属笼不少于一层。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁屏蔽单元的金属网之间的连接处采用金属丝固定。
6.一种利用权利要求1至5中任意一种装置近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线之间；
调整输电线路的试验电压Vt以测量所述输电线路分裂导线在不同电压下的电晕噪声；
当测量结束时，取下所述装置，导出电晕噪声数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法在将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于分裂导线之间前还包括：
校正噪声测量仪器的运行时间，设置噪声测量仪器的自动运行时间；
将噪声测量仪器固定于电磁屏蔽单元内部。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线之间是指将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线间隔棒的中央位置。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置放置于输电线路分裂导线之间是指采用3个以上的第二固定连接件，将所述近场测量输电线路分裂导线电晕噪声的装置固定于分裂导线之间，其中，所述第二固定连接件对称分布在所述装置的最大切面的周边。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将噪声测量仪器固定于电磁屏蔽单元内部包括：
将第一固定连接件放置于电磁屏蔽单元内，并且所述第一固定连接件的两端与电磁屏蔽单元连接；
将噪声测量仪器固定在所述第一固定连接件与电磁屏蔽单元连接部分以外的其他位置上。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调整输电线路的试验电压Vt以测量所述输电线路分裂导线在不同电压下的电晕噪声包括：
设置输电线路的试验电压Vt的范围Vtmin≤Vt≤Vtmax，设置试验电压Vt的电压调整量△V，设置试验电压Vt的初值为Vt＝Vtmax或者Vt＝Vtmin，其中，所述Vtmin为试验电压Vt的最小值，且Vtmin≤Vc，Vc为起晕电压，所述Vtmax为试验电压Vt的最大值，当所述试验电压Vt＝Vtmax时，分裂导线的表面电场强度E≥32kV/cm；
当所述Vt＝Vtmax时，则按照所述电压调整量△V，逐步下调所述试验电压Vt的值，直至试验电压Vt＝Vtmin；
当所述Vt＝Vtmin时，按照所述电压调整量△V，逐步上调所述试验电压Vt的值，直至试验电压Vt＝Vtmax。
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