CN112904141A - 一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算方法及装置。方案包括：获取导线束中的导线分裂数；获取导线束中的子导线直径；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；根据所述导线分裂数、所述子导线直径和所述平均最大电场强度计算可听噪声声功率。本方案所提出的可听噪声声功率计算公式在预测高压输电线路的可听噪声水平方面更加的准确可靠，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可听噪声因子超标，这为我国特高压交流输电线路的建设提供了一定的技术支持。

Description

一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算方法及装置

技术领域

本申请涉及无线电技术领域，尤其涉及一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算方法及装置。

背景技术

关于特高压交流输电线路的可听噪声问题研究，前期我国主要采用美国邦纳维尔电力局(BPA)提出的噪声计算模型。随着特高压交流工程的大力建设，中国电力科学研究院有限公司对实际已运行1000kV晋东南-南阳-荆门特高压单回交流示范工程和1000kV皖电东送特高压双回交流示范工程的可听噪声水平进行了为期5年大量的实测研究，发现BPA所推荐的可听噪声声功率函数计算方法在进行实际线路的预测时，与我国特高压交流输电线路下的长期实测统计数据相比具有一定的差异性。

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。因此，不能简单的套用国外的公式来预测我国的交流线路可听噪声水平，应该根据我国的实际情况，对我国交流线路的常用导线进行大量的可听噪声声功率实测，从而获取适合我国的可听噪声声功率计算公式。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算方法及装置。

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的一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算方法，包括：

获取导线束中的导线分裂数；

获取导线束中的子导线直径；

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；

根据所述导线分裂数、所述子导线直径和所述平均最大电场强度计算可听噪声声功率。

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，所述根据所述导线分裂数、所述子导线直径和所述平均最大电场强度计算可听噪声声功率，具体包括：

采用如下公式计算可听噪声声功率：

PWL＝-123+97.2lgE_max+41.7lg(d)+19.1lg(n)；

其中，PWL表示可听噪声声功率，单位为dB(pW/m)，E_max表示平均最大电位强度，单位为(kV/cm)，d表示子导线直径，单位为mm，n表示导线束的分裂导线数。

可选的，所述方法应用于海拔高度低于500米的低海拔地区。

可选的，所述方法适用于4分裂及以上导线的可听噪声声功率预测。

第二方面，本说明书实施例提供的一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算装置，其特征在于，包括：

导线分裂数获取模块，用于获取导线束中的导线分裂数；

子导线直径获取模块，用于获取导线束中的子导线直径；

电场强度计算模块，用于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；

可听噪声声功率计算模块，用于根据所述导线分裂数、所述子导线直径和所述平均最大电场强度计算可听噪声声功率。

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，所述可听噪声声功率计算模块，具体用于：

采用如下公式计算可听噪声声功率：

PWL＝-123+97.2lgE_max+41.7lg(d)+19.1lg(n)；

其中，PWL表示可听噪声声功率，单位为dB(pW/m)，E_max表示平均最大电位强度，单位为(kV/cm)，d表示子导线直径，单位为mm，n表示导线束的分裂导线数。

可选的，所述装置应用于海拔高度低于500米的低海拔地区。

可选的，所述装置适用于4分裂及以上导线的可听噪声声功率预测。

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：

本方案所提出的可听噪声声功率计算公式在预测高压输电线路的可听噪声水平方面更加的准确可靠，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可听噪声因子超标，这为我国特高压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压交流输电线路可听噪声声功率计算方法的流程示意图；

图2为本说明书实施例提供的对应于图1的一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算装置的结构示意图；

图3多分裂导线结构束的结构示意图；

图4为大电晕笼试验结构图；

图5为基于大电晕笼试验结构的可听噪声测量图；

图6为可听噪声预测与实测对比分析图。

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。

为了解决现有技术的问题，本申请在进行低海拔地区的可听噪声声功率计算时，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，而后利用本专利所提出的可听噪声声功率公式，计算出低海拔条件下的可听噪声声功率值。

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压交流输电线路可听噪声声功率计算方法的流程示意图。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：获取导线束中的导线分裂数。

步骤120：获取导线束中的子导线直径。

步骤130：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。

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。

其中，所述计算所述导线束中每一根子导线表面的电场强度，具体可以包括：

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。

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：根据所述导线分裂数、所述子导线直径和所述平均最大电场强度计算可听噪声声功率。

其中，所述根据所述导线分裂数、所述子导线直径和所述平均最大电场强度计算可听噪声声功率，具体包括：

采用如下公式计算可听噪声声功率：

PWL＝-123+97.2lgE_max+41.7lg(d)+19.1lg(n)；

其中，PWL表示可听噪声声功率，单位为dB(pW/m)，E_max表示平均最大电位强度，单位为(kV/cm)，d表示子导线直径，单位为mm，n表示导线束的分裂导线数。

图1所示的方法，可以应用于海拔高度低于500米的低海拔地区。且，所述方法适用于4分裂及以上导线的可听噪声声功率预测。

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的一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算装置的结构示意图。如图2所示，该装置可以包括：

导线分裂数获取模块210，用于获取导线束中的导线分裂数；

子导线直径获取模块220，用于获取导线束中的子导线直径；

电场强度计算模块230，用于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；

可听噪声声功率计算模块250，用于根据所述导线分裂数、所述子导线直径和所述平均最大电场强度计算可听噪声声功率。

在一个或者多个实施例中，所述电场强度计算模块230，具体可以用于：

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，所述可听噪声声功率计算模块250，具体可以用于：

采用如下公式计算可听噪声声功率：

PWL＝-123+97.2lgE_max+41.7lg(d)+19.1lg(n)；

其中，PWL表示可听噪声声功率，单位为dB(pW/m)，E_max表示平均最大电位强度，单位为(kV/cm)，d表示子导线直径，单位为mm，n表示导线束的分裂导线数。

在一个或者多个实施例中，所述装置应用于海拔高度低于500米的低海拔地区。

在一个或者多个实施例中，所述装置适用于4分裂及以上导线的可听噪声声功率预测。

为满足不断增长的国家经济和社会用电需求，进一步推进能源革命，国家电网公司根据我国国情，制定了建设以特高压电网为核心的坚强电网。特高压电网主要由1000kV交流输变电系统和±800kV直流输变电系统组成，具有输送容量大、输送距离远和电能损耗小的显著优点。

随着电压等级的提高，电晕效应问题成为特高压输电关键技术问题之一。电晕效应是指当导线表面的电场强度超过一定的临界值时，导线表面周围的空气分子将发生电离，形成正、负带电粒子，正、负离子碰撞和复合过程产生光子，并出现电晕放电。在放电发展过程中，流注通道内气体受热膨胀，导致通道内气体局部压力增大，形成声压波，以空气为弹性介质从放电点向外传播。由于电晕放电过程中，放电点附近空气会不断受到压缩、又不断发生膨胀，因此，声压波形始终以静压强为平衡点在正负半轴交替变化，形成一系列的双极性声压脉冲。由于可听噪声可直接被居民感知到，频带范围宽，恼人度高，是输电线路尤其是超特高电压线路建设过程中必须考虑的重大技术问题。

电晕笼试验直接测得噪声数据为导线电晕放电产生可听噪声的声压值，该数值大小与声压传感器和噪声源的相对位置以及两者间距离有关，不同试验测得声压值无法直接用于噪声相对水平的比较，因此，通常利用数学转换关系将测得声压转化为与距离无关的噪声变量，即噪声产生功率，简称声功率。声功率描述的是声源性质，通常是导线表面场强、导线分裂数、子导线直径等参数的函数，声功率的取值不随与声源间距离的变化而变化。

由于利用电晕笼进行交流线路的可听噪声试验时，考虑到降雨条件下，导线表面电晕放电剧烈且相对稳定，因为国内外通常采用降雨条件下获得导线可听噪声声功率，然后利用长期实测数据进行降雨、坏天气L50值以及好天气可听噪声值的相关转换。

利用特高压交流电晕笼，对大量不同类型的导线进行了试验研究，主要目的是获取不同导线形式的可听噪声声功率测量值，拟合出淋雨条件下的可听噪声声功率计算公式。试验主要的采用导线类型如下：4×LGJ400，4×LGJ500，6×LGJ400，6×LGJ500，6×LGJ630，8×LGJ400，8×LGJ500，8×LGJ630，8×LGJ720，8×LGJ900，9×LGJ400，9×LGJ720，10×LGJ400，10×LGJ630，12×LGJ400，12×LGJ500，12×LGJ630，12×LGJ720。导线分裂数从4到12分裂，子导线直径从26.8mm到39.9mm，导线型号及子导线直径关系如表1所示，结构图如图3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，本文在湖北武汉进行试验时，海拔23m，固定导线分裂间距为400mm，降雨量为18mm/h。

表1导线型号与子导线直径关系示意表

大电晕笼结构图如图4所示，测量图如图5所示。其中，大电晕笼尺寸为8m×8m×35m。

可听噪声声功率计算方法

将声压转化为声功率的数学转换关系即声功率电晕笼解析方法具体推导过程如下：

1)假设电晕笼中导线表面的电晕放电点沿导线均匀分布，dx长度导线产生的声功率为常数A₀。将dx长度的导线作为点声源，则噪声以球面波形式向周围传播，考虑到地面对声波的反射作用，相距导线D处的声能计算如下：

式中：A₀为dx长度导线声功率，dB(A)；L为导线的长度，m；k为大地反射系数；D为导线中点与测点间的距离，m；D_i为线路镜像与测点间的距离，m。

2)电晕笼试验中直接测得数据为声压P，声压与声能之间存在如下关系：

式中：δ为空气相对密度；c为空气中声波传播速度，通常取344m/s。

3)对式(1)、式(2)进行联立运算，得到声压P与声功率A₀间的运算关系如式(3)所示：

式中：H为外界因素影响参数，且有

4)将测得可听噪声声压数据代入式(3)，就可获得试验导线电晕放电的声功率水平；通过比对声功率大小，便可获得不同分裂导线束电晕放电产生的可听噪声水平。

本文对18种导线组合进行了大雨条件下的可听噪声声压级实测与可听噪声声功率计算。其中使用电晕笼测量数据中280组有效数据进行了多元线性回归分析。

鉴于在相同子导线半径和分裂数的情况下，导线分裂间距对可听噪声声功率的影响很小，基本可以忽略。本文在对可听噪声声功率函数PWL进行回归性分析时，不考虑导线分裂间距的影响。通过前期国内和国外的大量研究，如BPA等，可知激发函数Г与lgE_max、lgd和lgn之间存在线性关系，建立可听噪声声功率级函数的多元线性回归方程如下：

Γ＝β₁+β₂ lg E_max+β₃·lg d+β₄·lg n (5)

本文采用拟合软件为IBM SPSS Inc.公司的IBM SPSS Statistics 19。拟合方法为最小均方差拟合方式，得出了激发函数与导线表面平均最大电位梯度E_max，子导线半径r以及导线分裂数n的关系式如下：

PWL＝-123+97.2lg E_max+41.7lg(d)+19.1lg(n) (6)

其中可听噪声声功率级的单位为dB(pW/m)，平均最大电位梯度E_max的单位为(kV/cm)，导线直径d的单位为mm。该公式适合于4分裂及以上导线降雨条件下的可听噪声声功率预测。

表2可听噪声声功率级回归方程系数及其显著性水平分析结果

表2中的R＝0.98，R²＝0.96，近似等于1，说明该回归方程的逼近效果较好；统计量F的α值小于0.001，说明该回归方程是高度显著的。从表2中各系数的α值可以看出，系数β₁，β₂，β₃，β₄的α值小于0.01，对因变量有高度显著影响。可见，导线表面场强、子导线线径、导线分裂数对可听噪声声功率级有高度显著影响。

本文为了验证所拟合可听噪声声功率级公式对特高压交流输电线路可听噪声水平预测的准确性，对我国单双回路特高压交流输电线路5处长期观测站所处位置的输电线路进行了建模仿真，利用电晕笼拟合的可听噪声声功率公式，对导线中相外80m的横向断面进行了预测计算，并将边向外20m处的可听噪声计算值与降雨条件下L₅₀的长期观测值进行了对比分析。文中也对拟合公式和BPA所推荐的激发函数公式预测值进行了对比(如图6所示)。

由图6可知，BPA公式误差平均值2.7dB，本公式误差平均值在1dB以内。说明本文拟合的公式比BPA所提供公式在预测特高压交流输电线路可听噪声水平方面更准确。

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)

1.一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算方法，其特征在于，包括：

获取导线束中的导线分裂数；

获取导线束中的子导线直径；

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；

根据所述导线分裂数、所述子导线直径和所述平均最大电场强度计算可听噪声声功率。

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，所述根据所述导线分裂数、所述子导线直径和所述平均最大电场强度计算可听噪声声功率，具体包括：

采用如下公式计算可听噪声声功率：

PWL＝-123+97.2lg E_max+41.7lg(d)+19.1lg(n)；

其中，PWL表示可听噪声声功率，单位为dB(pW/m)，E_max表示平均最大电位强度，单位为(kV/cm)，d表示子导线直径，单位为mm，n表示导线束的分裂导线数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法应用于海拔高度低于500米的低海拔地区。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法适用于4分裂及以上导线的可听噪声声功率预测。

6.一种高压交流输电线路可听噪声声功率计算装置，其特征在于，包括：

导线分裂数获取模块，用于获取导线束中的导线分裂数；

子导线直径获取模块，用于获取导线束中的子导线直径；

电场强度计算模块，用于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；

可听噪声声功率计算模块，用于根据所述导线分裂数、所述子导线直径和所述平均最大电场强度计算可听噪声声功率。

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，所述可听噪声声功率计算模块，具体用于：

采用如下公式计算可听噪声声功率：

PWL＝-123+97.2lg E_max+41.7lg(d)+19.1lg(n)；

其中，PWL表示可听噪声声功率，单位为dB(pW/m)，E_max表示平均最大电位强度，单位为(kV/cm)，d表示子导线直径，单位为mm，n表示导线束的分裂导线数。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置应用于海拔高度低于500米的低海拔地区。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置适用于4分裂及以上导线的可听噪声声功率预测。

Images