CN112834022A - 一种交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，首先利用模拟电荷法或者有限元等方法计算获取导线表面最大电场强度及获得导线分裂数和子导线半径，根据所得参数计算单位导线的声压，进而求出单根交叉跨越导线在观测点处产生的可听噪声总声压，然后对交叉跨越情况下的导线进行坐标变换并建模，通过计算公式计算出该模型的可听噪声值。本发明提供的交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，考虑到了线路弧垂以及两线路间的相互影响，通过仿真建模进行计算与预测，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可听噪声因子超标的问题，为我国高压交流输电线路交叉跨越的建设提供了一定的技术支持。

Description

一种交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法

技术领域

本发明涉及输电线路噪声预测技术领域，特别是涉及一种交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法。

背景技术

我国土地资源紧缺，高压线路输电走廊日益稀缺，随着我国高压交流输电工程的不断发展，不同电压等级线路交叉跨越的现象愈加普遍。在输电线路交叉跨越的情况下，由导线电晕放电引起的电晕效应问题因此也呈现出复杂多变的特性。目前高压线路中电晕放电引发了一系列电磁环境问题：工频电场、工频磁场、无线电干扰以及可听噪声，其中可听噪声是生活在高压输电线路周边的居民最直观感受到的，容易造成心理与生理上的不适，且可听噪声是民众对电网投诉的主要问题来源。

关于交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的问题研究，我国目前的研究大部分均在二维空间内或是并未考虑多条线路相互影响的情况。随着我国高压交流输电工程的不断发展，不同电压等级线路交叉跨越这种节约输电走廊的现象愈加普遍。而对于输电线路交叉跨越可听噪声的研究需要建立考虑线路相互影响的三维可听噪声计算模型。

由于不准确的可听噪声预测会导致某些工程可听噪声限值设计偏严，从而导致整个工程投资的大幅度增加，或者某些工程可听噪声设计偏松，使得工程投入运行后发生超标现象，尤其针对交叉跨越情况。因此，设计一种交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，考虑到了线路弧垂以及两线路间的相互影响，通过仿真建模进行计算与预测，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可听噪声因子超标的问题，为我国高压交流输电线路交叉跨越的建设提供了一定的技术支持。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，包括如下步骤：

步骤1：获取导线表面最大场强E_max，获取输电线路的分裂导线数n及子导线直径d，根据得到的参数计算单位导线的声压，对单位导线的声压进行叠加求出交叉跨越区域单根导线在观测点处产生的可听噪声总声压；

步骤2：对交叉跨越的两根导线进行坐标变换，将两导线转换到同一坐标系下，建立交叉跨越线路的表面场强计算模型，在此基础上建立交叉跨越输电线路的噪声三维模型，并根据步骤1中的可听噪声总声压计算方法计算出交叉跨越的两根导线在观测点处产生的可听噪声总声压；

步骤3：根据下列公式计算交叉跨越区域的可听噪声值，

其中P₁及P₂分别为交叉跨越的两根导线在观测点处产生的可听噪声总声压，P₀为基准声压，标准大气压下P₀＝2×10^-5Pa。

可选的，通过模拟电荷法或有限元法计算获取所述导线表面最大场强E_max。

可选的，步骤1中，所述根据得到的参数计算单位导线的声压，具体为：

将有限长导线通过微元法分成若干个微小线段dx，将微小线段dx视为一个点声源，并假定该微小线段上的导线电荷密度τ相等，计算出在距离点声源r处的声强I为：

其中，W为单位导线产生的声功率，利用CEPRI声功率级预测公式得出：

式中，W₀为基准声功率，W₀＝1×10^-12，单位为W，L_W为声功率级，通过步骤1中获得的E_max、n及d求得为：

L_W＝-123.0+97.2lgE_max+19.1lgn+41.7lgd (4)

根据声压及声强的关系得到在距离点声源r处的声压为：

式中，δ为空气密度，单位为kg/m³，标准大气压下δ＝1.205kg/m³，c为空气中的声速，单位为m/s，标准大气压下c＝344m/s；

所述对单位导线的声压进行叠加求出单根交叉跨越导线在观测点处产生的可听噪声总声压，具体为：

单根交叉跨越导线在某观测点处产生的可听噪声的总声压P_总看做是每个点声源在该处声压P_单位导线的叠加，表示为：

根据P_总求出声压级L_p：

可选的，步骤2中，所述对交叉跨越的导线进行坐标变换，具体为：

利用坐标变换将两条距离较近的导线转换到同一坐标系下，空间中的两个交叉角度非零的交叉导线分别具有各自的局部坐标系以及坐标原点，根据各自的局部坐标系确定导线的悬链线方程，假设低电压等级导线L2处于局部坐标系(X，Y，Z)中，高电压等级导线L1处于局部坐标系(U，V，W)中，且两线路交叉角为α，U轴与XOY平面角平分线的夹角为β，将L1在(U，V，W)下的坐标转换成(X，Y，Z)下的坐标具体为：

假设局部坐标系(U，V，W)在局部坐标系(X，Y，Z)的原点坐标为(x_c,y_c,z_c)，点P(u₁，v₁，w₁)在坐标系(X，Y，Z)中的坐标位移分别为x’、y’、z’，则根据下列公式

y'＝Lsin(β-α) (9)

x'＝Lcos(β-α) (10)

z'＝w₁ (11)

计算得到点P在坐标系(X，Y，Z)中的坐标(x₁，y₁，z₁)，其中

z₁＝z_c+z'＝z_c+w₁ (14)

可选的，步骤3中，所述根据公式计算模型的可听噪声值，具体为：

输电线路交叉跨越架设的观测点处可听噪声大小等于两根交叉跨越导线的声压级的总和，假设两根交叉跨越导线的声压级分别为L_p1及L_p2，则声压级的总和为：

式中P₁及P₂为在观测点处两根交叉跨越导线产生的可听噪声总声压，P₀为基准声压，标准大气压下P₀＝2×10^-5Pa。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，通过模拟电荷法及有限元法计算获取导线表面最大电场强度，通过微元法将导线分为若干点声源来计算导线上的声压，通过坐标变换将交叉跨越情况下的两条导线转换到同一坐标系下并建立模型，计算得出线路声压级的总和，采用工程实例对该方法进行验证，保证了准确性；考虑了线路弧垂以及两线路间的相互影响，并通过仿真建模与实际交叉跨越线路不同路径上可听噪声测量结果进行了比对，根据结果验证了模型的准确性，可使用该方法避免由于预测的不准确给工程带来的不必要的造价增加或者可听噪声因子超标，为我国高压交流输电线路交叉跨越的建设提供了一定的技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法流程示意图；

图2为交叉跨越坐标变换示意图；

图3为工程实施例现场交叉跨越架设线路结构示意图；

图4为导线布置示意图；

图5为可听噪声三维分布图；

图6为测量路径1结果对比图；

图7为测量路径2结果对比图；

图8为测量路径3结果对比图；

图9为三条路径的测量结果对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，考虑到了线路弧垂以及两线路间的相互影响，通过仿真建模进行计算与预测，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可听噪声因子超标的问题，为我国高压交流输电线路交叉跨越的建设提供了一定的技术支持。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，包括如下步骤：

步骤1：获取导线表面最大场强E_max，获取输电线路的分裂导线数n及子导线直径d，根据得到的参数计算单位导线的声压，对单位导线的声压进行叠加求出交叉跨越区域单根导线在观测点处产生的可听噪声总声压；

步骤2：对交叉跨越的两根导线进行坐标变换，将两导线转换到同一坐标系下，建立交叉跨越线路的表面场强计算模型，在此基础上建立交叉跨越输电线路的噪声三维模型，并根据步骤1中的可听噪声总声压计算方法计算出交叉跨越的两根导线在观测点处产生的可听噪声总声压；

步骤3：根据下列公式计算交叉跨越区域的可听噪声值，

其中P₁及P₂分别为交叉跨越的两根导线在观测点处产生的可听噪声总声压，P₀为基准声压，标准大气压下P₀＝2×10^-5Pa。

通过模拟电荷法或有限元法计算获取所述的导线表面最大场强E_max。

步骤1中，所述根据得到的参数计算单位导线的声压，具体为：

将有限长导线通过微元法分成若干个微小线段dx，将微小线段dx视为一个点声源，并假定该微小线段上的导线电荷密度τ相等，计算出在距离点声源r处的声强I为：

其中，W为单位导线产生的声功率，利用CEPRI声功率级预测公式得出：

式中，W₀为基准声功率，W₀＝1×10^-12，单位为W，L_W为声功率级，通过步骤1中获得的E_max、n及d求得为：

L_W＝-123.0+97.2lgE_max+19.1lgn+41.7lgd (4)

根据声压及声强的关系得到在距离点声源r处的声压为：

式中，δ为空气密度，单位为kg/m³，标准大气压下δ＝1.205kg/m³，c为空气中的声速，单位为m/s，标准大气压下c＝344m/s；

所述对单位导线的声压进行叠加求出单根交叉跨越导线在观测点处产生的可听噪声总声压，具体为：

单根交叉跨越导线在某观测点处产生的可听噪声的总声压P_总看做是每个点声源在该处声压P_单位导线的叠加，表示为：

根据P_总求出声压级L_p：

如图2所示，步骤2中，所述对交叉跨越的导线进行坐标变换，具体为：

利用坐标变换将两条距离较近的导线转换到同一坐标系下，空间中的两个交叉角度非零的交叉导线分别具有各自的局部坐标系以及坐标原点，根据各自的局部坐标系确定导线的悬链线方程，假设低电压等级导线L2处于局部坐标系(X，Y，Z)中，高电压等级导线L1处于局部坐标系(U，V，W)中，且两线路交叉角为α，U轴与XOY平面角平分线的夹角为β，将L1在(U，V，W)下的坐标转换成(X，Y，Z)下的坐标具体为：

假设局部坐标系(U，V，W)在局部坐标系(X，Y，Z)的原点坐标为(x_c,y_c,z_c)，点P(u₁，v₁，w₁)在坐标系(X，Y，Z)中的坐标位移分别为x’、y’、z’，则根据下列公式

y'＝Lsin(β-α) (9)

x'＝Lcos(β-α) (10)

z'＝w₁ (11)

计算得到点P在坐标系(X，Y，Z)中的坐标(x₁，y₁，z₁)，其中

z₁＝z_c+z'＝z_c+w₁ (14)

步骤3中，所述根据公式计算模型的可听噪声值，具体为：

输电线路交叉跨越架设的观测点处可听噪声大小等于两根交叉跨越导线的声压级的总和，假设两根交叉跨越导线的声压级分别为L_p1及L_p2，则声压级的总和为：

式中P₁及P₂为在观测点处两根交叉跨越导线产生的可听噪声总声压，P₀为基准声压，标准大气压下P₀＝2×10^-5Pa。

以一个工程实例对上述方法进行说明，选取两条典型交叉跨越架设的线路，其中500kV线路为酒杯塔，输电线路运行电压为550kV，导线采用4×LGJ630/45，分裂间距为450mm；1000kV线路为猫头塔，输电线路实际运行电压为1050kV，导线采用8×LGJ500/35，分裂间距为400mm，两线路交叉角度α为79°，如图3所示，为了直观对比交叉跨越区域与普通架设线路可听噪声分布的差异，共选取了三条不同观测路径，其中路径1是垂直于1000kV线路方向、路径2是垂直于500kV线路方向、路径3是沿两线路的角平分线方向。

如图4所示，建立模型进行仿真；图5为实际测量线路位于交叉跨越区域内线路可听噪声大雨条件仿真结果，如图5所示，由于500kV线路对地距离较低，产生的可听噪声较1000kV线路大，且在交叉跨越点，可听噪声幅值明显增大。

对比三条路径上好天气情况下的实际可听噪声分布与仿真结果，其中L_(好天气)和L_(大雨)的转换关系如下：

L_(好天气)＝L_(大雨)-15dB (16)

由图6-9所示，在好天气情况下由于导线电晕随机性比较大，并非稳定起晕，三条路径上可听噪声的测量结果分散性较大，且在好天气情况下可听噪声测量过程中存在背景噪声干扰的影响，但是实际测量可听噪声结果随距离衰减较明显，这与仿真结果类似，且大部分测点与仿真结果误差较小。

如表1所示，表1中给出了三条路径上测量结果与仿真结果对比，其中路径1上最大误差为3.63％，最小误差为0.157％，平均误差1.59％；路径2上最大误差为7.70％，最小误差为0.240％，平均误差4.76％；路径3上最大误差为6.49％，最小误差为0.582％，平均误差2.93％，三条路径上平均误差为3.09％，在误差允许的范围内，验证了计算模型的准确性。

表1交叉跨越情况下可听噪声测量与仿真结果对比

本发明提供的交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，通过模拟电荷法及有限元法计算获取导线表面最大电场强度，通过微元法将导线分为若干点声源来计算导线上的声压，通过坐标变换将交叉跨越情况下的两条导线转换到同一坐标系下并建立模型，计算得出线路声压级的总和，采用工程实例对该方法进行验证，保证了准确性；考虑了线路弧垂以及两线路间的相互影响，并通过仿真建模与实际交叉跨越线路不同路径上可听噪声测量结果进行了比对，根据结果验证了模型的准确性，可使用该方法避免由于预测的不准确给工程带来的不必要的造价增加或者可听噪声因子超标，为我国高压交流输电线路交叉跨越的建设提供了一定的技术支持。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获取导线表面最大场强E_max，获取输电线路的分裂导线数n及子导线直径d，根据得到的参数计算单位导线的声压，对单位导线的声压进行叠加求出交叉跨越区域单根导线在观测点处产生的可听噪声总声压；

步骤2：对交叉跨越的两根导线进行坐标变换，将两导线转换到同一坐标系下，建立交叉跨越线路的表面场强计算模型，在此基础上建立交叉跨越输电线路的噪声三维模型，并根据步骤1中的可听噪声总声压计算方法计算出交叉跨越的两根导线在观测点处产生的可听噪声总声压；

步骤3：根据下列公式计算交叉跨越区域的可听噪声值，

其中P₁及P₂分别为交叉跨越的两根导线在观测点处产生的可听噪声总声压，P₀为基准声压，标准大气压下P₀＝2×10^-5Pa。

2.根据权利要求1所述的交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，其特征在于，通过模拟电荷法或有限元法计算获取所述导线表面最大场强E_max。

3.根据权利要求1所述的交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，其特征在于，步骤1中，所述根据得到的参数计算单位导线的声压，具体为：

将有限长导线通过微元法分成若干个微小线段dx，将微小线段dx视为一个点声源，并假定该微小线段上的导线电荷密度τ相等，计算出在距离点声源r处的声强I为：

其中，W为单位导线产生的声功率，利用CEPRI声功率级预测公式得出：

式中，W₀为基准声功率，W₀＝1×10^-12，单位为W，L_W为声功率级，通过步骤1中获得的E_max、n及d求得为：

L_W＝-123.0+97.2lgE_max+19.1lgn+41.7lgd (4)

根据声压及声强的关系得到在距离点声源r处的声压为：

式中，δ为空气密度，单位为kg/m³，标准大气压下δ＝1.205kg/m³，c为空气中的声速，单位为m/s，标准大气压下c＝344m/s；

所述对单位导线的声压进行叠加求出单根交叉跨越导线在观测点处产生的可听噪声总声压，具体为：

单根交叉跨越导线在某观测点处产生的可听噪声的总声压P_总看做是每个点声源在该处声压P_单位导线的叠加，表示为：

根据P_总求出声压级L_p：

4.根据权利要求1所述的交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，其特征在于，步骤2中，所述对交叉跨越的导线进行坐标变换，具体为：

利用坐标变换将两条距离较近的导线转换到同一坐标系下，空间中的两个交叉角度非零的交叉导线分别具有各自的局部坐标系以及坐标原点，根据各自的局部坐标系确定导线的悬链线方程，假设低电压等级导线L2处于局部坐标系(X，Y，Z)中，高电压等级导线L1处于局部坐标系(U，V，W)中，且两线路交叉角为α，U轴与XOY平面角平分线的夹角为β，将L1在(U，V，W)下的坐标转换成(X，Y，Z)下的坐标具体为：

假设局部坐标系(U，V，W)在局部坐标系(X，Y，Z)的原点坐标为(x_c,y_c,z_c)，点P(u₁，v₁，w₁)在坐标系(X，Y，Z)中的坐标位移分别为x’、y’、z’，则根据下列公式

y'＝Lsin(β-α) (9)

x'＝Lcos(β-α) (10)

z'＝w₁ (11)

计算得到点P在坐标系(X，Y，Z)中的坐标(x₁，y₁，z₁)，其中

z₁＝z_c+z'＝z_c+w₁ (14)

5.根据权利要求1所述的交流输电线路交叉跨越区域可听噪声的计算方法，其特征在于，步骤3中，所述根据公式计算模型的可听噪声值，具体为：

输电线路交叉跨越架设的观测点处可听噪声大小等于两根交叉跨越导线的声压级的总和，假设两根交叉跨越导线的声压级分别为L_p1及L_p2，则声压级的总和为：

式中P₁及P₂为在观测点处两根交叉跨越导线产生的可听噪声总声压，P₀为基准声压，标准大气压下P₀＝2×10^-5Pa。

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