CN112904092A - 一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法及装置。首先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，再结合高海拔修正公式，计算出高海拔条件下的无线电干扰激发函数值。本方案提供的高海拔地区交流输电线路无线电干扰激发函数修正方法更加准确可靠，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，这为我国青藏高原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

一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法及装置

技术领域

本申请涉及无线电技术领域，尤其涉及一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法及装置。

背景技术

我国能源与经济发展不平衡，需要建设以超/特高压输电技术为主的输电通道。西部能源富集区地处高原，环境气候复杂，输电线路建设不可避免的要穿越高海拔地区。同时，我国西北750kV联网工程，青藏、川藏联网工程等也大多在高海拔区域运行。

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。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法及装置，用于提高高海拔交流线路的无线电干扰预测准确性。

为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：

第一方面，本说明书实施例提供了一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法，包括：

获取导线束中的子导线半径；

获取导线束中的导线分裂数；

根据所述子导线半径和所述导线分裂数计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度，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，确定导线表面的平均最大电场强度；

根据所述子导线半径、所述导线分裂数和所述平均最大电场强度计算平原地区无线电干扰激发函数值；

计算激发函数海拔修正系数；

采用所述激发函数海拔修正系数和所述无线电干扰激发函数值预测高海拔地区无线电干扰激发函数值。

可选的，所述计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度，具体包括：

利用模拟电荷法或者有限元方法计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度。

可选的，所述计算激发函数海拔修正系数，具体包括：

获取所述高海拔高海拔交流线路的海拔高度；

根据所述海拔高度计算激发函数海拔修正系数。

可选的，所述计算激发函数海拔修正系数，具体包括：

采用以下公式计算激发函数海拔修正系数：

其中，K为激发函数修正系数，H为测量点与海拔23m相比的海拔高度差。

可选的，所述高海拔的海拔高度大于3000米。

第二方面，本说明书实施例还提供了一种高海拔交流线路的无线电干扰预测装置，包括：

子导线半径获取模块，用于获取导线束中的子导线半径；

导线分裂数获取模块，用于获取导线束中的导线分裂数；

电场强度计算模块，用于根据所述子导线半径和所述导线分裂数计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度，提取每一根子导线的表面最大的电场强度；

平均最大电场强度确定模块，用于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，确定导线表面的平均最大电场强度；

平原地区无线电干扰激发函数值计算模块，用于根据所述子导线半径、所述导线分裂数和所述平均最大电场强度计算平原地区无线电干扰激发函数值；

修正系数计算模块，用于计算激发函数海拔修正系数；

高海拔地区无线电干扰激发函数值预测模块，用于采用所述激发函数海拔修正系数和所述无线电干扰激发函数值预测高海拔地区无线电干扰激发函数值。

可选的，所述电场强度计算模块，具体用于：

利用模拟电荷法或者有限元方法计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度。

可选的，所述修正系数计算模块，具体包括：

海拔高度获取单元，用于获取所述高海拔高海拔交流线路的海拔高度；

修正系数计算单元，用于根据所述海拔高度计算激发函数海拔修正系数。

可选的，所述修正系数计算模块，具体用于：

采用以下公式计算激发函数海拔修正系数：

其中，K为激发函数修正系数，H为测量点与海拔23m相比的海拔高度差。

可选的，所述高海拔的海拔高度大于3000米。

本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请所提出的高海拔交流线路的无线电干扰预测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，这为我国青藏高原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

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本说明书实施例提供的一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法方法的流程示意图；

图2为本说明书实施例提供的对应于图1的一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法装置的结构示意图；

图3为可移动式电晕笼无线电干扰激发函数测量示意图；

图4为可移动式电晕笼的结构示意图；

图5为实测海拔修正与公式拟合值对比图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

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 CompanyofColorado)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，对我国不同海拔点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。

在进行青藏高原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，而后结合本专利所提出的高海拔修正公式，计算出高海拔条件下的无线电干扰激发函数值。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本说明书实施例提供的一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法方法的流程示意图。从程序角度而言，流程的执行主体可以为搭载于应用服务器的程序或应用客户端。

如图1所示，该流程可以包括以下步骤：

步骤110：获取导线束中的子导线半径；

步骤120：获取导线束中的导线分裂数；

步骤130：根据所述子导线半径和所述导线分裂数计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度，提取每一根子导线的表面最大的电场强度；

步骤140：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，确定导线表面的平均最大电场强度；

步骤150：根据所述子导线半径、所述导线分裂数和所述平均最大电场强度计算平原地区无线电干扰激发函数值；

步骤160：计算激发函数海拔修正系数；

步骤170：采用所述激发函数海拔修正系数和所述无线电干扰激发函数值预测高海拔地区无线电干扰激发函数值。

获取子导线半径和导线分裂数，可以用于计算交流输电线路导线表面的电场强度，同时为计算平原地区的交流线路无线电干扰数值提供参数。

在获取了导线运行电压，线路布置参数，如导线对地高度，导线相间距等参数，以及导线束中的子导线半径和导线分裂数之后，就可以建立具体的计算模型；而后，采用导线运行电压、线路布置参数，导线结构参数、海拔高度参数之后，就可以利用已有方法计算平原地区的交流线路无线电干扰激发函数数值，而后结合本专利提供的无线电干扰修正系数，计算获得高海拔地区交流线路的无线电干扰激发函数值，最后在利用空间电磁传播理论，预测出高海拔地区的无线电干扰数值。

高海拔地区无线电干扰激发函数值，是平原地区激发函数值加海拔修正系数，本专利最重要的是提出了激发函数的海拔修正系数，实现了高海拔地区无线电干扰激发函数的预测，进而实现了高海拔地区交流线路的无线电干扰预测。

基于图1的方法，本说明书实施例还提供了该方法的一些具体实施方式，下面进行说明。

在一个或者多个实施例中，所述计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度，具体包括：

利用模拟电荷法或者有限元方法计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度。

电场强度的计算，是利用模拟电荷法或者有限元方法，通过对输电线路建立数值仿真模型，而后基于泊松方程或者拉普拉斯方程求解。以模拟电荷法为例，在计算导线内部设置n个被称为模拟电荷的离散电荷来等效替代待求的、连续分布的电荷，依据等值替代前后边界条件不变的前提条件，可求得各模拟电荷的量值，从而使场域内任意一点的电位与场强可由各模拟电荷所产生的场量(,E)叠加而获得。通过求解电位系数矩阵，获得模拟电荷量数值，而后可求出导线表面的电场强度。

在一个或者多个实施例中，所述计算激发函数海拔修正系数，具体包括：

获取所述高海拔高海拔交流线路的海拔高度；

根据所述海拔高度计算激发函数海拔修正系数。

在一个或者多个实施例中，所述计算激发函数海拔修正系数，具体包括：

采用以下公式计算激发函数海拔修正系数：

其中，K为激发函数修正系数，H为测量点与海拔23m相比的海拔高度差。

在一个或者多个实施例中，所述高海拔的海拔高度大于3000米。

基于同样的思路，本说明书实施例还提供了上述方法对应的装置。图2为本说明书实施例提供的对应于图1的一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法装置的结构示意图。如图2所示，该装置可以包括：

子导线半径获取模块210，用于获取导线束中的子导线半径；

导线分裂数获取模块220，用于获取导线束中的导线分裂数；

电场强度计算模块230，用于根据所述子导线半径和所述导线分裂数计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度，提取每一根子导线的表面最大的电场强度；

平均最大电场强度确定模块240，用于提取出的每一根子导线表面最大电场强度进行算术平均，确定导线表面的平均最大电场强度；

平原地区无线电干扰激发函数值计算模块250，用于根据所述子导线半径、所述导线分裂数和所述平均最大电场强度计算平原地区无线电干扰激发函数值

修正系数计算模块260，用于计算激发函数海拔修正系数；

高海拔地区无线电干扰激发函数值预测模块270，用于采用所述激发函数海拔修正系数和所述无线电干扰激发函数值预测高海拔地区无线电干扰激发函数值。

在一个或者多个实施例中，所述电场强度计算模块230，具体用于：

利用模拟电荷法或者有限元方法计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度。

在一个或者多个实施例中，所述修正系数计算模块260，具体包括：

海拔高度获取单元，用于获取所述高海拔高海拔交流线路的海拔高度；

修正系数计算单元，用于根据所述海拔高度计算激发函数海拔修正系数。

在一个或者多个实施例中，所述修正系数计算模块260，具体用于：

采用以下公式计算激发函数海拔修正系数：

其中，K为激发函数修正系数，H为测量点与海拔23m相比的海拔高度差。

在一个或者多个实施例中，所述高海拔的海拔高度大于3000米。

我国能源与经济发展不平衡，需要建设以超/特高压输电技术为主的输电通道。西部能源富集区地处高原，环境气候复杂，输电线路建设不可避免的要穿越高海拔地区。同时，我国西北750kV联网工程，青藏、川藏联网工程等也大多在高海拔区域运行。

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。

本方案利用可移动式电晕笼，在我国5个典型海拔高度的地区，武汉(23m)，靖远(1408m)西宁(2261m)，共和(2943m)和羊八井(4300m)，开展了6 种常用分裂导线的无线电干扰激发函数测量，本而后提出了一种高海拔地区激发函数计算方法。

电晕笼试验的测量方法如图3所示。可移动式电晕笼截面为6m×6m，长度为10m，电晕笼笼壁上方架设有人工淋雨装置，可以通过水阀门和喷头来控制降雨量，具体的可移动式电晕笼全图如图4所示。

试验测量时，高压电容选取Cc＝3333pF，为三节10000pF电容并联，额定电压为600kV，运行环境为户外。无线电干扰接收机采用德国SchwarzbeckMess 公司的FCKL 1528接收机。

具体选取的五个海拔试验场地分别为：

武汉，国家电网公司武汉特高压交流试验基地，位于湖北省武汉市江夏区凤凰山南，海拔高度23m。

靖远，甘肃省电力公司靖远县供电局，位于甘肃省白银市靖远县城关镇，海拔高度1408m。

西宁，青海省电力培训中心，位于青海省西宁市平安县小峡镇，海拔高度 2261m。

共和，汉能海南州光伏产业园，位于青海省海南藏族自治州共和县卜恰镇光伏产业园区内，海拔高度2943m。

羊八井，国家电网公司西藏高海拔试验基地，位于西藏自治区拉萨市羊八井镇，海拔高度，4300m。

试验主要采用的导线类型如下所示：4×LGJ400，6×LGJ400，6×LGJ500， 6×LGJ630，8×LGJ400，8×LGJ630，总计6种不同类型导线。导线分裂数从4到8分裂，子导线直径从26.8mm到36.6mm。导线型号及子导线直径关系如表1所示。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。

表1导线型号与子导线直径关系示意表

本文对6种导线组合进行了大雨条件下的无线电干扰电流实测与激发函数计算。其中使用电晕笼测量数据和激发函数函数计算值，与低海拔地区无线电干扰激发函数值进行对比分析，而后进行了回归研究，提出了基于海拔的激发函数修正方法。

由于无论BPA修正或者美国西屋公司修正，在高海拔地区都与实测修正系数有一定的偏差，本项目根据实测的无线电干扰激发函数修正系数，提出了一种非线性的修正方法，修正公式如下所示：

式中，K为无线电干扰激发函数修正系数，(dB)，H为测量点与海拔23m 相比的海拔高度差。

利用该公式与实测的修正系数进行了对比分析，示意图如图5所示。可以看出，实测值和公式拟合值相比较为吻合。该公式不仅可以使用于低海拔区域，还适用于海拔在4300m以下的高海拔区域。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种高海拔交流线路的无线电干扰预测方法，其特征在于，包括：

获取导线束中的子导线半径；

获取导线束中的导线分裂数；

根据所述子导线半径和所述导线分裂数计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度，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，确定导线表面的平均最大电场强度；

根据所述子导线半径、所述导线分裂数和所述平均最大电场强度计算平原地区无线电干扰激发函数值；

计算激发函数海拔修正系数；

采用所述激发函数海拔修正系数和所述无线电干扰激发函数值预测高海拔地区无线电干扰激发函数值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度，具体包括：

利用模拟电荷法或者有限元方法计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算激发函数海拔修正系数，具体包括：

获取所述高海拔高海拔交流线路的海拔高度；

根据所述海拔高度计算激发函数海拔修正系数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算激发函数海拔修正系数，具体包括：

采用以下公式计算激发函数海拔修正系数：

其中，K为激发函数修正系数，H为测量点与海拔23m相比的海拔高度差。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高海拔的海拔高度大于3000米。

6.一种高海拔交流线路的无线电干扰预测装置，其特征在于，包括：

子导线半径获取模块，用于获取导线束中的子导线半径；

导线分裂数获取模块，用于获取导线束中的导线分裂数；

电场强度计算模块，用于根据所述子导线半径和所述导线分裂数计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度，提取每一根子导线的表面最大的电场强度；

平均最大电场强度确定模块，用于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，确定导线表面的平均最大电场强度；

平原地区无线电干扰激发函数值计算模块，用于根据所述子导线半径、所述导线分裂数和所述平均最大电场强度计算平原地区无线电干扰激发函数值；

修正系数计算模块，用于计算激发函数海拔修正系数；

高海拔地区无线电干扰激发函数值预测模块，用于采用所述激发函数海拔修正系数和所述无线电干扰激发函数值预测高海拔地区无线电干扰激发函数值。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电场强度计算模块，具体用于：

利用模拟电荷法或者有限元方法计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述修正系数计算模块，具体包括：

海拔高度获取单元，用于获取所述高海拔高海拔交流线路的海拔高度；

修正系数计算单元，用于根据所述海拔高度计算激发函数海拔修正系数。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述修正系数计算模块，具体用于：

采用以下公式计算激发函数海拔修正系数：

其中，K为激发函数修正系数，H为测量点与海拔23m相比的海拔高度差。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述高海拔的海拔高度大于3000米。

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