CN110456176A - 一种高海拔地区高压输电线路无线电干扰水平的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高海拔地区高压输电线路无线电干扰水平的计算方法，首先要获得导线分裂数和子导线半径，而后对模型进行建模，利用模拟电荷法或者有限元等方法计算导线束中每一根子导线表面的电场强度，然后提取每一根子导线的表面最大的电场强度，对提取出的每一根子导线表面最大电场强度进行算术平均，获取导线表面的平均最大电场强度，而后利用本专利所提出的高海拔激发函数公式，计算出高海拔条件下的无线电干扰激发函数值。本发明所提出的计算方法更加的准确可靠，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，这位我国高海拔地区交流输电线路的建设提供了一定的技术支持。

Description

一种高海拔地区高压输电线路无线电干扰水平的计算方法

技术领域

本发明涉及一种干扰水平的计算方法，尤其是涉及一种高海拔地区高 压输电线路无线电干扰水平的计算方法。

背景技术

关于高海拔交流线路的无线电干扰预测问题，大多采用低海拔无线电 干扰预测方法加海拔修正系数来完成，美国科罗拉多州公共服务公司 (Public Service Companyof Colorado)和美国西屋(Westinghouse)电 力公司就一起合作，通过对比两个不同海拔点的无线电干扰数据，提出了 在无线电干扰海拔修正系数40(1-σ/σ₀)，其中σ为相对空气密度。意大 利学者通过对比Leadville地区和瑞士地区的无线电干扰数据，提出了 H/300m的海拔修正系数，其中H为海拔高度，m。国内方面，唐剑和刘云鹏 等人利用可移动式电晕笼(2m×2m×4m)研究认为，对于无线电干扰的海拔 修正，当海拔高度<3000m时，1dB/300m的修正系数是有效的，当海拔高度 ≥3000m时，建议采用非线性修正，并提出了相应的非线性修正系数。

总体来说，国外的修正系数由于大多利用实际线路或试验线段进行研 究，导线类型单一，且一般都采用两个海拔地区的数据进行对比，数据量 有所欠缺，同时，海拔在3000m以上地区的试验数据很少，与我国高海拔 情况不符。国内唐剑等人的研究，主要采用四分裂导线，最高海拔3800m。 而对于高海拔地区超、特高压交流线路来说，一般都采用4分裂以上导线， 且我国青藏高原有大部分地区海拔在4000m以上，上述研究提出的方法已 不满足我国高海拔交流输电线路建设的需求。

由于不准确的无线电干扰预测会导致某些工程无线电干扰限值设计偏 严，从而导致整个工程投资的大幅度增加，或者某些工程无线电干扰设计 偏松，使得工程投入运行后发生超标现象。因此，不能简单的套用国外的 公式来预测我国的交流线路无线电干扰水平，应该根据我国的实际情况， 对我国高海拔地区交流线路常用导线进行大量的激发函数实测，从而获取 适合我国的高海拔激发函数公式。

相对于平原地区，高海拔地区大气压强降低，空气密度减小，电子平 均自由程增加，使得电子碰撞前所积累的能量增大，有效碰撞电离更容易 发生，电晕放电现象也更为剧烈，因此高压输电线路无线电干扰问题更为 严重。输电线路的无线电干扰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交流输电线路的无线电干扰影响已成为高海拔地区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

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种高海拔地区高压输电线路无线电干扰水平的计算方法，其特征在 于，包括：

步骤1、对18种不同类型的常用导线进行大雨条件下的高频电晕电流 脉冲0.5MHz分量测量

采用导线类型为如下所示的钢芯铝绞线：4×LGJ400，4×LGJ500， 4×LGJ630，4×LGJ720，6×LGJ400，6×LGJ500，6×LGJ630，6×LGJ720， 8×LGJ400，8×LGJ500，8×LGJ630，8×LGJ720，10×LGJ400， 10×LGJ500，10×LGJ630，10×LGJ720,12×LGJ400，12×LGJ500总计 18种不同类型导线，导线分裂数从4到12分裂，子导线直径从26.8mm 到39.9mm；

具体测量方法为：在导线和大地之间并入高压耦合电容和无线电 干扰耦合回路来进行测量；其中，高压耦合电容Cc为10000pF，满足 CISPR标准所提出的Cc至少大于5倍的C_cage的要求，C_cage为分裂导 线束与电晕笼笼壁之间的电容；电阻R₂＝R_m＝50Ω，该阻抗与同轴电缆 的波阻抗相等，使得无线电干扰在相连的两个终端之间不会发生发射；激 发函数测量频率为0.5MHz；阻波器在0.5MHz测量频率下对应的阻抗 为20000Ω，即能够提供至少35dB的衰减；接收机采用的是德国 Schwarzbeck Mess公司的FCKL 1528接收机，输入阻抗为50Ω，测量 误差小于1dB；

步骤2、根据激发函数的定义，将测量值转换为与电极几何结构无 关的激发函数值

电晕笼激发函数的计算如下所示：

其中，Г为激发函数值，C为单位长度的分裂导线束与电晕笼笼 壁间的电容，I为单位长度的无线电干扰电流；

则电晕笼所测激发函数值计算如下：

其中，V_RN为无线电干扰接收机读数，dBμV；

其中，R＝(R_m+R₂)/R_mR₂，G为导体产生均匀分布的注入电流所产生的放大 系数，对于一段匹配，一段开放的导线束来说，具体计算如下：

其中，L为导线束的长度，v为脉冲电流传播速度，f为测量频率；

步骤3、通过对激发函数值进行最小二乘法拟合，获得高海拔地 区激发函数的计算公式

采用最小二乘法拟合方式，对测量计算获得的激发函数值进行了拟合， 获得了激发函数公式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＝53.3-445.9/g_max+57.5lg(2r)-8.5lg(n) (5)

其中激发函数Γ的单位为导线表面平均最大场强g_max的 单位为(kV/cm)，导线半径r的单位为cm。

因此，本发明具有如下优点：本发明所提出的高海拔地区交流输电线 路无线电干扰激发函数计算公式更加的准确可靠，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，这位我 国高海拔地区交流输电线路的建设提供了一定的技术支持。

附图说明

附图1是本发明的大电晕笼无线电干扰激发函数测量示意图。

附图2是本发明的大电晕笼无线电干扰激发函数实测图。

附图3是本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的 说明。

实施例：

本项目主要的采用导线类型为如下所示的钢芯铝绞线：4×LGJ400， 4×LGJ500，4×LGJ630，4×LGJ720，6×LGJ400，6×LGJ500，6×LGJ630， 6×LGJ720，8×LGJ400，8×LGJ500，8×LGJ630，8×LGJ720，10×LGJ400， 10×LGJ500，10×LGJ630，10×LGJ720,12×LGJ400，12×LGJ500总计18 种不同类型导线，导线分裂数从4到12分裂，子导线直径从26.8mm到 39.9mm。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，本项目在进行试验时，固定导线分裂间 距为400mm。

对于激发函数值Г来讲，其与导线结构以及导线假设方式无关，而只 与导线施加电压时靠近导线表面的电场强度有关。基于上述特性，倘若能 在试验电晕笼里施加相应的电压，使得电晕笼内导线附近的电场强度重现 架空线路导线周围的电场条件，则单位长度的电晕产生量也可以重现。所 以，通过对不同子导线半径和导线分裂数的导线束进行电晕笼内激发函数 研究，获取相应的激发函数值，而后扩展至架空线路，就可以研究架空线 路的无线电干扰水平。

在进行本试验时，激发函数的具体测量方法如图1中所示，实际 测量如图2所示。即在导线和大地之间并入高压耦合电容和无线电干 扰耦合回路来进行测量。其中，高压耦合电容Cc为10000pF，满足 CISPR标准所提出的Cc至少大于5倍的C_cage的要求，C_cage为分裂导线束与电晕笼笼壁之间的电容。电阻R₂＝R_m＝50Ω，该阻抗与同轴电缆 的波阻抗相等，使得无线电干扰在相连的两个终端之间不会发生发射。激 发函数测量频率为0.5MHz。阻波器在0.5MHz测量频率下对应的阻抗 为20000Ω，即能够提供至少35dB的衰减。接收机采用的是德国 Schwarzbeck Mess公司的FCKL 1528接收机，输入阻抗为50Ω，测量 误差小于1dB。

电晕笼激发函数的计算如下所示：

其中，Г为激发函数值，C为单位长度的分裂导线束与电晕笼笼 壁间的电容，I为单位长度的无线电干扰电流。

则电晕笼所测激发函数值计算如下：

其中，V_RN为无线电干扰接收机读数，dBμV。

其中，R＝(R_m+R₂)/R_mR₂，G为导体产生均匀分布的注入电流所产生的放大 系数，对于一段匹配，一段开放的导线束来说，具体计算如下：

其中，L为导线束的长度，v为脉冲电流传播速度，f为测量频率。

本项目对上述18种分裂导线束进行了大雨条件下的激发函数测量与计 算，而后利用多元线性回归的方法进行了激发函数公式的拟合分析，并对 拟合得出的激发函数公式进行了有效性分析。而后，本项目利用IBM SPSS Inc.公司的IBM SPSS Statistics 19统计分析软件，采用最小二乘法拟合方式， 对测量计算获得的激发函数值进行了拟合，获得了激发函数公式与导线表 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＝53.3-445.9/g_max+57.5lg(2r)-8.5lg(n) (5)

其中激发函数Γ的单位为导线表面平均最大场强g_max的 单位为(kV/cm)，导线半径r的单位为cm。

本项目对拟合后的激发函数公式进行了多元线性回归模型的统计 检验，具体结果如表1所示。

表1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

可以看出，R检验中，R²＝0.98，近似等于1，说明该回归方程的逼近 效果很好；F检验中，统计量F的α值小于0.001，说明该拟合回归方程是 高度显著的。t检验中，系数β₁，β₂，β₃，β₄的α值均小于0.001，说明这三 个变量对因变量的影响高度显著；可见，在高海拔地区，导线表面场强g_max、 子导线半径r和导线分裂数n对无线电干扰激发函数值有高度显著影响。

本发明申请保护点为所提出的高海拔地区交流输电线路无线电干扰激 发函数计算公式以及利用该公式所计算的高海拔无线电干扰激发函数值和 无线电干扰水平值。

Γ＝53.3-445.9/g_max+57.5lg(2r)-8.5lg(n)

在进行高海拔地区的无线电干扰激发函数计算时，首先要获得导线分 裂数和子导线半径，而后对模型进行建模，利用模拟电荷法或者有限元等 方法计算导线束中每一根子导线表面的电场强度，然后提取每一根子导线 的表面最大的电场强度，对提取出的每一根子导线表面最大电场强度进行 算术平均，获取导线表面的平均最大电场强度，而后利用本发明所提出的 高海拔激发函数公式，计算出高海拔条件下的无线电干扰激发函数值。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明 所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或 补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权 利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种高海拔地区高压输电线路无线电干扰水平的计算方法，其特征在于，包括：

步骤1、对18种不同类型的常用导线进行大雨条件下的高频电晕电流脉冲0.5MHz分量测量

采用导线类型为如下所示的钢芯铝绞线：4×LGJ400，4×LGJ500，4×LGJ630，4×LGJ720，6×LGJ400，6×LGJ500，6×LGJ630，6×LGJ720，8×LGJ400，8×LGJ500，8×LGJ630，8×LGJ720，10×LGJ400，10×LGJ500，10×LGJ630，10×LGJ720,12×LGJ400，12×LGJ500总计18种不同类型导线，导线分裂数从4到12分裂，子导线直径从26.8mm到39.9mm；

具体测量方法为：在导线和大地之间并入高压耦合电容和无线电干扰耦合回路来进行测量；其中，高压耦合电容Cc为10000pF，满足CISPR标准所提出的Cc至少大于5倍的C_cage的要求，C_cage为分裂导线束与电晕笼笼壁之间的电容；电阻R₂＝R_m＝50Ω，该阻抗与同轴电缆的波阻抗相等，使得无线电干扰在相连的两个终端之间不会发生发射；激发函数测量频率为0.5MHz；阻波器在0.5MHz测量频率下对应的阻抗为20000Ω，即能够提供至少35dB的衰减；接收机采用的是德国Schwarzbeck Mess公司的FCKL 1528接收机，输入阻抗为50Ω，测量误差小于1dB；

步骤2、根据激发函数的定义，将测量值转换为与电极几何结构无关的激发函数值

电晕笼激发函数的计算如下所示：

其中，Г为激发函数值，C为单位长度的分裂导线束与电晕笼笼壁间的电容，I为单位长度的无线电干扰电流；

则电晕笼所测激发函数值计算如下：

其中，V_RN为无线电干扰接收机读数，dBμV；

其中，R＝(R_m+R₂)/R_mR₂，G为导体产生均匀分布的注入电流所产生的放大系数，对于一段匹配，一段开放的导线束来说，具体计算如下：

其中，L为导线束的长度，v为脉冲电流传播速度，f为测量频率；

步骤3、通过对激发函数值进行最小二乘法拟合，获得高海拔地区激发函数的计算公式

采用最小二乘法拟合方式，对测量计算获得的激发函数值进行了拟合，获得了激发函数公式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＝53.3-445.9/g_max+57.5lg(2r)-8.5lg(n) (5)

其中激发函数Γ的单位为导线表面平均最大场强g_max的单位为(kV/cm)，导线半径r的单位为cm。