CN112945373B - 一种青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法，包括以下步骤：S1，在不同的海拔高度对导线开展电晕笼试验，利用B&K噪声测量系统对电晕放电产生的可听噪声声压数值进行测量；S2，通过声功率电晕笼解析方法将测得的声压数据转化为声功率；S3，对不同分裂数和不同子导线直径的导线声功率进行拟合，获得声功率修正方法。本发明提供的青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法，具有测量数据更全面、可听噪声预测准确可靠的特点。
Description
技术领域
本发明涉及高压交流输电技术领域，特别是涉及一种青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法。
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低，空气密度小，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，因此高压输电线路可听噪声问题更为严重，可听噪声容易被线路附近的居民直接感受到，主观烦恼度也越高，引起的纠纷和投诉也显著增长，已逐渐成为限制我国超、特高压交流工程建设的主要因素。因此，准确预测和抑制高压交流输电线路的可听噪声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。
现有技术采用的可听噪声海拔修正方法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，准确度不高，同时，海拔在2000m以上地区的试验数据很少。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2000m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修正公式来预测我国高海拔地区的交流线路可听噪声水平，应该根据我国的实际情况，对我国不同海拔点交流线路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高海拔可听噪声声功率修正方法。基于以上问题，亟需提供一种新的交流输电线路电晕噪声声功率修正方法，用来满足我国高海拔交流输电线路建设的需要。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法，通过在我国4个典型海拔高度的地区开展6种常用分裂导线的可听噪声声功率测量，提出了一种新的基于海拔和实测数据的可听噪声声功率修正方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法，包括以下步骤：
S1，在不同的海拔高度对导线开展电晕笼试验，利用B&K噪声测量系统对电晕放电产生的可听噪声声压数值进行测量；
S2，通过声功率电晕笼解析方法将测得的声压数据转化为声功率；
S3，对不同分裂数和不同子导线直径的导线声功率进行拟合，获得声功率修正方法。
可选的，所述步骤S1中在不同的海拔高度对导线开展电晕笼试验，利用B&K噪声测量系统对电晕放电产生的可听噪声声压数值进行测量，具体包括：
S101，对电晕笼内的导线在大雨状态下通过高压引线施加高电压，在导线表面产生较高的电场强度，用于模拟实际高压线路电晕放电；
S102，利用B&K噪声测量系统中的声压传感器采集声音信号并转化成电信号；
S103，利用B&K噪声测量系统中的B&K数据采集单元对电信号进行采集，经简单处理后通过Time Data Recorder软件对电信号进行监测与储存，并选用Reflex软件对测得的声波信号进行FFT变换和处理分析，消除外部环境噪声的干扰，通过频谱分析并校准，得到导线电晕放电产生的可听噪声声压数据。
可选的，所述步骤S2中通过声功率电晕笼解析方法将测得的声压数据转化为声功率，其中声功率电晕笼解析方法具体推导过程包括：
S201，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长度导线噪声产生的功率，L为导线的长度，k为大地反射系数，D为导线中点与测点间的距离，Di为线路镜像与测点间的距离；
S202，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为相对空气密度，c为空气中声波传播速度，取344m/s；
S203，对所述步骤S201和S202中式(1)、式(2)进行联立运算，得到声压P与声功率A0间的运算关系如下所示；
式(4)中，H为外界因素影响参数；
S204，将测得可听噪声声压数据P代入式(3)，获得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。
可选的，所述步骤S3中声功率修正方法的修正公式为：
式中，Δ为可听噪声声功率修正系数，x为测量点与海拔23m相比的海拔高度差。
可选的，所述步骤S1中的所述不同的海拔高度具体为：武汉23m，天水1100m、西宁2261m、共和2943m和羊八井4300m。
可选的，所述步骤S101中的导线为多分裂导线，所述多分裂导线采用4×LGJ400、6×LGJ400、6×LGJ500、6×LGJ630、8×LGJ400和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，固定导线分裂间距为400mm。
可选的，所述电晕笼笼壁上方架设有人工淋雨装置，所述人工淋雨装置设置有水阀门和喷头，所述水阀门和喷头用于控制降雨量。
可选的，所述步骤S101中电晕笼试验测量时，高压电容选取C＝3333pF电容，为三节10000pF电容并联，额定电压为600kV，运行环境为户外。
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：本发明提供的青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法，开展了从低海拔到高海拔5个不同海拔点的可听噪声电晕试验，对6种导线组合进行了大雨条件下的可听噪声声功率水平实测与计算，通过对各个海拔地区可听噪声声功率值进行对比分析，并进行回归研究，提出了可听噪声声功率修正方法，实现了高海拔地区导线电晕放电可听噪声水平的准确修正，并且更加的准确可靠，从而避免了现有技术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水平超标，为我国青藏高原地区交流输电线路的建设提供了支持，具有测量数据更全面、可听噪声预测准确可靠的特点。
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的介绍，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为本发明青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法的可移动式电晕笼可听噪声声功率测量示意图；
图2为本发明青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法的B&K噪声测量系统示意图；
图3为本发明青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法的噪声量频谱分析图
图4为本发明青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法的可听噪声声功率修正系数的实测值和公式拟合值示意图；
图5为美国BPA的可听噪声声功率修正系数的实测值和公式拟合值示意图；
图6为本发明青藏高原高海拔地区的可听噪声声功率计算的流程图；
附图标记说明：1、电晕笼；2、导线；3、B&K数据采集单元；4、声压传感器；5、计算机。
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。
本发明的目的是为了提供一种青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法，通过在我国4个典型海拔高度的地区开展6种常用分裂导线的可听噪声声功率测量，提出了一种新的基于海拔和实测数据的可听噪声声功率修正方法。
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。
本发明提供的青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法，利用可移动式电晕笼，在我国4个典型海拔高度的地区，天水(1100m)、西宁(2261m)、共和(2943m)和羊八井(4300m)，开展了6种常用分裂导线的可听噪声声功率测量，并提出了一种高海拔地区可听噪声声功率修正方法；本发明提供的青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法；电晕笼试验的测量方法如图1所示，电晕笼1截面为6m×6m，长度为10m，电晕笼1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；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；本发明提供的青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法具体步骤包括：
S1，在不同的海拔高度对导线2开展电晕笼试验，利用B&K噪声测量系统对电晕放电产生的可听噪声声压数值进行测量，具体包括：
S101，对电晕笼1内的导线2在大雨状态下通过高压引线施加高电压，在导线2表面产生较高的电场强度，用于模拟实际高压线路电晕放电；
S102，如图2所示，利用B&K噪声测量系统中的声压传感器4采集声音信号并转化成电信号，试验中采用的声压传感器4灵敏度为50mV/Pa，有效频率范围1-40kHz；
S103，利用B&K噪声测量系统中的B&K数据采集单元3对电信号进行采集，输送至计算机5，经简单处理后通过Time Data Recorder软件对电信号进行监测与储存，后期选用Reflex等软件对测得声波进行FFT变换和其他处理分析；
本发明采用可移动式电晕笼开展可听噪声声功率测试，采用多个噪声探头多通道同步测量，可以有效获得背景噪声和电晕噪声，在测试过程中，通过数据处理，最大程度的消除外部环境噪声的干扰，同时，利用多对频谱噪声测量设备，对导线电晕放电产生的噪声量进行了细致的频谱分析，以6×LGJ400导线为例，如图3所示,通过噪声频率分析，获得了8kHz与噪声A声级的关系，如下表所示：
表1
而后通过校准，准确获取了导线电晕放电产生的可听噪声，减小了噪声测量误差；
本发明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；天水，甘肃省天水市麦积区，海拔高度1100m；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；
国内外未开展过3000m以上海拔地区的可听噪声电晕试验，只通过2000m左右的测量数据和低海拔数据进行两点之间的线性拟合，准确度不高，本发明开展了从低海拔到高海拔5个不同海拔点的测量，提出了基于实测数据的修正方法，实现了高海拔地区导线电晕放电可听噪声水平的准确修正；
试验主要采用的导线2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2分裂数从4到8分裂，子导线直径从26.8mm到36.6mm；鉴于在相同子导线半径和分裂数的情况下，导线2分裂间距对激发函数的影响很小，基本可以忽略，本发明在进行试验时，固定导线分裂间距为400mm，导线型号与子导线直径关系如下表所示：
表2
S2，通过声功率电晕笼解析方法将测得的声压数据转化为声功率，具体包括：
S201，假设电晕笼1中导线2表面的电晕放电点沿导线2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长度导线噪声产生的功率，L为导线的长度，k为大地反射系数，D为导线中点与测点间的距离，Di为线路镜像与测点间的距离；
S202，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为相对空气密度，c为空气中声波传播速度，取344m/s；
S203，对所述步骤S201和S202中式(1)、式(2)进行联立运算，得到声压P与声功率A0间的运算关系如下所示；
式(4)中，H为外界因素影响参数；
S204，将测得可听噪声声压数据P代入式(3)，获得导线2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；
S3，对不同分裂数和不同子导线直径的导线2声功率进行拟合，获得声功率修正方法，所述声功率修正方法的修正公式为：
式中，Δ为可听噪声声功率修正系数，x为测量点与海拔23m相比的海拔高度差；
本文对6种导线2组合进行了大雨条件下的可听噪声声功率水平实测与计算，与低海拔地区可听噪声声功率值进行对比分析，而后进行了回归研究，提出了基于海拔的可听噪声声功率修正方法；利用修正公式与实测的修正系数进行了对比分析，如图4所示，可以看出，实测值和公式拟合值相比较吻合，该公式适用于海拔在4300m以下的高海拔区域可听噪声声功率修正；本发明所提出的修正方法相比国外美国BPA的方法，更符合实际情况，美国BPA修正与实测值对比如图5所示；
如图6所示在进行青藏高原高海拔地区的可听噪声声功率计算时，首先要获得导线2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2表面的平均最大电场强度，而后结合本发明所提出的青藏高原地区高海拔修正公式，计算出高海拔条件下的可听噪声声功率值。
本发明提供的青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法，开展了从低海拔到高海拔5个不同海拔点的可听噪声电晕试验，对6种导线组合进行了大雨条件下的可听噪声声功率水平实测与计算，通过对各个海拔地区可听噪声声功率值进行对比分析，并进行回归研究，提出了可听噪声声功率修正方法，实现了高海拔地区导线电晕放电可听噪声水平的准确修正，并且更加的准确可靠，从而避免了现有技术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水平超标，为我国青藏高原地区交流输电线路的建设提供了支持，具有测量数据更全面、可听噪声预测准确可靠的特点。
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 (1)
1.一种青藏高原地区交流输电线路电晕噪声声功率修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在不同的海拔高度对导线开展电晕笼试验，利用B&K噪声测量系统对电晕放电产生的可听噪声声压数值进行测量；
S2，通过声功率电晕笼解析方法将测得的声压数据转化为声功率；
S3，对不同分裂数和不同子导线直径的导线声功率进行拟合，获得声功率修正方法；
其中，
所述步骤S1中在不同的海拔高度对导线开展电晕笼试验，利用B&K噪声测量系统对电晕放电产生的可听噪声声压数值进行测量，具体包括：
S101，对电晕笼内的导线在大雨状态下通过高压引线施加高电压，在导线表面产生较高的电场强度，用于模拟实际高压线路电晕放电；
S102，利用B&K噪声测量系统中的声压传感器采集声音信号并转化成电信号；
S103，利用B&K噪声测量系统中的B&K数据采集单元对电信号进行采集，经简单处理后通过Time Data Recorder软件对电信号进行监测与储存，并选用Reflex软件对测得的声波信号进行FFT变换和处理分析，消除外部环境噪声的干扰，通过频谱分析并校准，得到导线电晕放电产生的可听噪声声压数据；
所述步骤S1中的所述不同的海拔高度具体为：武汉23m，天水1100m、西宁2261m、共和2943m和羊八井4300m；
所述步骤S101中的导线为多分裂导线，所述多分裂导线采用4×LGJ400、6×LGJ400、6×LGJ500、6×LGJ630、8×LGJ400和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，固定导线分裂间距为400mm；
所述步骤S3中声功率修正方法的修正公式为：
式中，Δ为可听噪声声功率修正系数，x为测量点与海拔23m相比的海拔高度差；
所述步骤S2中通过声功率电晕笼解析方法将测得的声压数据转化为声功率，其中声功率电晕笼解析方法具体推导过程包括：
S201，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长度导线噪声产生的功率，L为导线的长度，k为大地反射系数，D为导线中点与测点间的距离，Di为线路镜像与测点间的距离；
S202，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为相对空气密度，c为空气中声波传播速度，取344m/s；
S203，对所述步骤S201和S202中式(1)、式(2)进行联立运算，得到声压P与声功率A0间的运算关系如下所示：
式(4)中，H为外界因素影响参数；
S204，将测得可听噪声声压数据P代入式(3)，获得导线电晕放电的声功率水平，通过比对声功率大小，便获得不同分裂导线束电晕放电产生的可听噪声水平；
所述电晕笼笼壁上方架设有人工淋雨装置，所述人工淋雨装置设置有水阀门和喷头，所述水阀门和喷头用于控制降雨量；
所述步骤S101中电晕笼试验测量时，高压电容选取C＝3333pF电容，为三节10000pF电容并联，额定电压为600kV，运行环境为户外。
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