CN110082621B - 一种无线电干扰间接获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于特高压直流输电线路宽频域电晕电流检测数据一次性获取空间任意点处0.15MHz‑4MHz频段的无线电干扰值的方法，包括步骤：A、测量特高压直流输电线路电晕电流时域数据；B、获得电晕电流时域数据的离散频谱；C、获得单个分裂导线单位长度电晕放电产生的电晕电流频谱密度；D、获得n分裂导线的等效中心导线上任意位置处的电晕电流；E、获得由电晕电流而产生的空间电场强度；F、由空间电场获取空间任意点处无线电干扰场。本发明提供的一种无线电干扰间接获取方法，可一次性获取输电线路空间任意处0.15MHz～4MHz频域下的无线电干扰值，适用于±700kV、±800kV、±900kV和+1000kV特高压直流输电工程。

Description

一种无线电干扰间接获取方法
技术领域
本发明属于电力领域无线电干扰的获取方法，具体涉及一种基于特高压直流输电线路宽频域电晕电流检测数据一次性获取空间任意点处0.15MHz-4MHz频段无线电干扰值的计算方法。
背景技术
特高压直流输电在大容量、远距离输电系统中具有明显的经济和社会效益，符合当前经济社会可持续发展的用电需求，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。同时，输电线路周围的电磁环境问题给附近居民的健康和生活带来严重不利影响，成为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。
输电导线表面富含高频分量的电晕电流脉冲是导致无线电干扰的直接原因，无线电干扰场为输电线路上脉冲沿线流动时产生的电磁场的叠加。无线电干扰是影响电磁环境的一个重要指标，无线电干扰的检测已成为变电站的环评及验收工作的重要环节。
目前的无线电干扰检测的方法可划分为直接检测法和间接检测法两种。直接检测法采用环状或杆状天线接收干扰场强并将其转换成干扰电压，再用准峰值检波器测量干扰电压，对检测人员专业水平要求高，且检测结果易受天线类型、检测位置等环境因素影响，且不能应用于电晕笼中导线所产生无线电干扰的测量。间接检测法通过选频电路测量电晕电流的某个频率分量，利用已知电晕电流与无线电干扰之间的理论数学关联关系，来获得该频率点的无线电干扰值。间接测量法便于测量电晕笼中的无线电干扰，测量结果不受环境干扰。但目前的间接检测技术一次实验仅能测得一个频率点的电晕电流,即只能获取一个频率点的无线电干扰值。同时，由于在特高压实验线段中获得电晕电流高频分量的操作难度大，当前的无线电干扰间接检测法难以在试验线段量中使用。
现阶段，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无线电干扰试验研究，同时我国的特高压直流输电线路的电晕电流的宽频域线检测技术也已逐步完善。但截至目前，尚未提出一种基于特高压直流输电线路电晕电流宽频域检测数据一次性获取空间任意点处0.15MHz-4MHz频段无线电干扰值的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于特高压直流输电线路电晕电流宽频域检测数据一次性获取空间任意点处0.15MHz-4MHz频段无线电干扰值的方法，简化测量过程、节省人力物力，并且可靠性好、实际工程意义高。
为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案，步骤如图1所示，具体为：
步骤A:测量特高压直流输电线路电晕电流时域数据；
电晕电流信号可以使用任何适用于特高压电磁环境的电晕电流传感器进行测量，测量过程中要求所测量直流线路的电晕电流时域数据的测量带宽不低于为4MHz。
步骤B:获得电晕电流时域数据的离散频谱；
对测量得到的电晕电流时域数据进行快速傅立叶变换，得到电晕电流在0.15MHz-4MHz频段的离散频谱。
步骤C:获得单个分裂导线单位长度电晕放电产生的电晕电流频谱密度
图2示出电晕电流脉冲在线路中的传导示意图，设输电线路的总长度为L，以输电线路的中点为原点建立坐标轴，高压侧电晕电流传感器放在-L/2处，单位长度导线电晕放电产生的电晕电流频谱密度通过下式确定：
Figure BDA0002050889000000031
φ(f)1/2—单个分裂导线单位长度电晕放电产生的电流在频率点f分量上的频谱密度；
I(f)x—高压侧电晕电流传感器所测得的在频率点f分量上的电晕电流频谱值；
n—线路分裂导线数；
Figure BDA0002050889000000032
—输电导线上的各均匀电晕放电点的位置坐标；
Figure BDA0002050889000000033
和
Figure BDA0002050889000000034
为与导线电气参数相关的表达式：
Figure BDA0002050889000000035
Figure BDA0002050889000000036
γ—输电线路的传播常数；
Z—输电线路的特征阻抗；
Z1,Z2—输电线路两端的阻抗；
ρ1＝(Z1-Z)/(Z1+Z)；
ρ2＝(Z2-Z)/(Z1+Z)；
步骤D:获得n分裂导线的等效中心导线上任意位置处的电晕电流
本专利将各分裂导线综合考虑为一个位于分裂中心线上的线干扰源处理，则n分裂导线的等效中心导线上任意位置处的电晕电流通过下式求得：
Figure BDA0002050889000000041
I(x,f)—n分裂导线的等效中心导线上坐标为x处在频率点f的电晕电流频谱值。
步骤E:获得由电晕电流而产生的空间电场强度
设线路上的电晕电流在地面附近的观测点P(x,y,z0)处产生的磁场强度沿y轴方向，电场强度沿x轴方向，则由电晕电流而产生的空间电场强度为：
Figure BDA0002050889000000042
Ev(x,y,z0,f)—由电晕电流而产生的观测点P(x,y,z0)处的在频率点f的空间电场强度；
z0—观测点距离地面高度；
zd—导线距离地面高度；
y—观测点与线路在水平方向的间距。
步骤F:由空间电场获取空间任意处无线电干扰场
在获取的电场分布的基础上，进一步获取无线电干扰场并将其转换为有效单位，即μV/m：
Figure BDA0002050889000000043
Zz—输电线路的真空波阻抗，即为电场垂直分量和磁场水平分量幅值之比，其值为120π；
E(x,y,z0,f)—观测点P(x,y,z0)处的在频率点f的无线电干扰场强。
采用本发明的有益效果：
(1)本发明提出的无线电干扰获取方法减少了直接检测无线电干扰由天线类型、检测位置等环境因素引起的误差，降低了对试验人员专业水平的要求。
(2)本发明可在仅测量电晕电流数据的条件下，通过计算同时获取无线电干扰，将两者的测量合二为一，大大简化了测量过程，节省了人力和物力投入；
(3)本发明提出的无线电干扰获取方法可基于电晕电流数据一次性获取空间任意点在0.15MHz-4MHz频段的无线电干扰值，弥补了现有无线电干扰间接检测方法一次试验只能获取一个频点无线电干扰值得缺陷，并可以同时适用于实验线段和电晕笼中导线的无线电干扰值得测量；
(4)具有普适性，适用于±700kV特高压直流输电工程、±800kV特高压直流输电工程、±900kV特高压直流输电工程和+1000kV特高压直流输电工程无线电干扰值的间接获取；
(5)提升了特高压直流输电线路电磁环境的研究能力，为特高压直流工程建设提供更为有力的技术支撑。
附图说明
图1示出本发明技术方案的方法流程图；
图2示出电晕电流脉冲在线路中的传导示意图；
图3示出本发明提供的电晕电流测量传感器采集电晕电流信号安装图；
图4示出不同电压等级下的电晕电流在0.15MHz–4MHz频段内的电晕电流离散频谱图；
图5示出不同电压等级下的电晕电流在0.15MHz–4MHz频段内的电晕电流频谱密度图；
图6示出不同电压等级下的电晕电流在0.15MHz–4MHz频段内的无线电干扰计算结果；
图7示出本发明提供的无线电干扰间接获取方法计算值与经验公式估计值对比图。
实施例
下面结合附图和实施例对本发明各部分内容进行详细的描述。
本实施例在位于中国北京昌平的特高压试验基地的特高压直流输电试验线段进行。采用JL/G1A-720/50-45/7导线，其分裂数为6，分裂间距为0.45m，子导线半径为18.1mm，实验线段整体长度为1080m，有效的导线长度为900m，选择温度、湿度、气压和风速分别为33℃，70％，101.15kPa以及0m/s的条件。
步骤A:测量特高压直流输电线路电晕电流时域数据
本实施例中所采用的特高压直流电晕电流传感器，测量带宽为30MHz，采样频率为62.5MHz。在700kV，800kV，900kV，1000kV电压等级下，分别测量了电晕电流数据。图3为电晕电流测量传感器采集电晕电流信号安装图。
步骤B:获得电晕电流时域数据的离散频谱；
对测量得到的电晕电流时域数据进行快速傅立叶变换，得到电晕电流的离散频谱。图4为700kV、800kV、900kV、1000kV电压等级下的电晕电流在0.15MHz–4MHz频段内的电晕电流离散频谱图。
步骤C:获得单个分裂导线单位长度电晕放电产生的电晕电流频谱密度
设输电线段的单位长度为L，以单位长度线段的中点为原点建立坐标轴，高压侧电晕电流传感器放在-L/2处，单位长度线路电晕放电产生的电流频谱密度φ1/2可由下式获得：
Figure BDA0002050889000000061
φ(f)1/2—单个分裂导线单位长度电晕放电产生的电流在频率点f分量上的频谱密度；
I(f)x—高压侧电晕电流传感器所测得的在频率点f分量上的电晕电流频谱值；
n—线路分裂导线数，本实施例中取值为6；
L—输电线段的单位长度，本实施例中取值为900m；
Figure BDA0002050889000000071
—输电导线上的各均匀电晕放电点的位置坐标；
Figure BDA0002050889000000072
和
Figure BDA0002050889000000073
为与导线电气参数相关的表达式：
Figure BDA0002050889000000074
Figure BDA0002050889000000075
γ—输电线路的传播常数；
Z—输电线路的特征阻抗；
Z1,Z2—输电线路两端的阻抗；
ρ1＝(Z1-Z)/(Z1+Z)；
ρ2＝(Z2-Z)/(Z1+Z)。
图5为700kV、800kV、900kV、1000kV电压等级下单位长度导线在0.15MHz–4MHz频段内的电流频谱密度图。
步骤D:获得n分裂导线的等效中心线上任意位置处的电晕电流
将各分裂导线综合考虑为一个位于分裂中心导线上的线干扰源处理，n分裂导线的等效中心导线上任意位置处的电晕电流由下式获得：
Figure BDA0002050889000000076
I(x,f)—n分裂导线的等效中心导线上坐标为x处在频率点f的电晕电流频谱值。
步骤E:获得由电晕电流而产生的空间电场强度
电晕电流在导线中传播时形成的空间电场强度为：
Figure BDA0002050889000000081
Ev(x,y,z0,f)—由电晕电流而产生的观测点P(x,y,z0)处的在频率点f的空间电场强度；
z0—观测点距离地面高度；
zd—导线距离地面高度；
y—观测点与线路在水平方向的间距，本实施例取值为10m。
步骤F:由空间电场获取空间任意处无线电干扰场
在获取的电分布的基础上，进一步获取无线电干扰场并将其转换为有效单位，即μV/m：
Figure BDA0002050889000000082
Zz—输电线路的真空波阻抗，即为电场垂直分量和磁场水平分量幅值之比，其值为120π；
E(x,y,z0,f)—观测点P(x,y,z0)处的在频率点f的无线电干扰场强。
利用本发明提供的无线电干扰的间接获取方法，计算得到700kV、800kV、900kV、1000kV电压等级下的电晕电流在0.15MHz–4MHz频段内的无线电干扰值，具体结果如图6所示。
为了验证所述方法的可靠性，本实例同时基于如下所示的由国际电磁干扰特别委员会和加拿大魁北克省水电局研究所高电压试验室提出的计算无线电干扰值的经验公式，计算了无线电干扰的估计值。
Figure BDA0002050889000000083
ΔEf＝5[1-2(lg10f)2]；
E—无线电干扰值，单位为dB；
gmax—导线表面最大场强，单位为kV/cm；
r—子导线半径，单位cm；
n—导线分裂数；
D—计算点到正极性导线的距离，单位m，其值小于100m；
f—频率值，单位为MHz。
图7为本发明提供的无线电干扰的间接获取方法计算值与经验公式估计值对比图。由700V，800V，900V和1000V的直流电压输电线路电晕电流计算得到的无线电干扰值整体上与经验公式的计算值变化趋势非常相近，验证本发明提供的无线电干扰的间接获取方法的有效性和实用性。
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 (2)

1.一种无线电干扰间接获取方法，其特征在于：基于特高压直流输电线路宽频域电晕电流检测数据一次性获取空间任意点处0.15MHz-4MHz频段的无线电干扰值的步骤如下：
步骤A:测量特高压直流输电线路电晕电流时域数据；
所述步骤A要求所测量直流输电线路电晕电流时域数据的测量带宽为不低于4MHz；
步骤B:获得电晕电流时域数据的离散频谱；
步骤C:获得单个分裂导线单位长度电晕放电产生的电晕电流频谱密度；
所述步骤C中单个分裂导线单位长度电晕放电产生的电晕电流频谱密度通过下式确定：
Figure FDA0002554012280000011
φ(f)1/2—单个分裂导线单位长度电晕放电产生的电流频谱密度；
I(f)x—高压侧电晕电流传感器所测得的电晕电流频谱；
n—线路分裂导线数；
L—输电线路的总长度，以输电线路的中心点为原点建立坐标轴，高压侧电晕电流传感器放在-L/2处，即x＝-L/2；
Figure FDA0002554012280000012
—输电导线上的各均匀电晕放电点的位置坐标；
Figure FDA0002554012280000013
和
Figure FDA0002554012280000014
为与导线电气参数相关的表达式：
Figure FDA0002554012280000015
Figure FDA0002554012280000021
γ—输电线路的传播常数；
ρ1＝(Z1-Z)/(Z1+Z)；
ρ2＝(Z2-Z)/(Z1+Z)；
Z—输电线路的特征阻抗；
Z1,Z2—输电线路两端的阻抗；
步骤D:获得n分裂导线的等效中心导线上任意位置处的电晕电流；
所述步骤D将各分裂导线综合考虑为一个位于分裂中心线上的线干扰源处理，n分裂导线的等效中心导线上任意位置处的电晕电流的表达式为：
Figure FDA0002554012280000022
I(x,f)—n分裂导线的等效中心导线上坐标为x处在频率点f的电晕电流频谱值；
步骤E:获得由电晕电流而产生的空间电场强度；
步骤F:由空间电场获取空间任意点处无线电干扰。
2.权利要求1所述的无线电干扰间接获取方法，其特征在于：所述方法适用于±700kV特高压直流输电工程、±800kV特高压直流输电工程、±900kV特高压直流输电工程和+1000kV特高压直流输电工程无线电干扰值的间接获取。
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