CN113109638A - 一种高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，包括以下步骤：S1)获得多种导线的导线分裂数、子导线半径和导线表面平均最大电场强度；S2)根据高海拔电晕笼试验测得多种导线可听噪声的声压值，并利用数学转换关系将声压值转化为声功率值；S3)基于步骤S1)获得数据以及步骤S2)计算得到的声功率值，利用多元线性回归法拟合得到可听噪声声功率预测计算公式。本发明提供的高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，对高海拔地区高压交流输电线路可听噪声声功率预测计算更加的准确可靠，避免了由于预测不准确给工程带来的不必要造价增加或者可听噪声超标，为我国高海拔地区高压交流输电线路的建设提供了一定的技术支持。

Description

一种高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法

技术领域

本发明涉及交流输电线路可听噪声声功率检测技术领域，特别是涉及一种高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法。

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，但我国西部能源富集区地处高原，环境气候复杂，因而输电线路建设不可避免的要穿越高海拔地区。随着电压等级的提高，可听噪声增幅显著，且相对于平原地区，高海拔地区高压输电线路可听噪声问题更严重，因而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。

关于高海拔交流线路的可听噪声预测问题，目前国内外大多采用低海拔可听噪声预测方法加海拔修正系数来完成。其中，国外的修正系数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，海拔在2000m以上地区的试验数据更是少，但我国青藏高原有大部分地区海拔在2000m以上，因而与我国高海拔情况不符。国内唐剑等人的研究，其最高海拔为3800m，但其主要采用了四分裂导线，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，因而与我国采用的导线类型也不符。由此看来，已有研究提出的方法已能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，对我国高海拔地区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预测计算方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，对高海拔地区高压交流输电线路可听噪声声功率预测计算更加的准确可靠，避免了由于预测不准确给工程带来的不必要造价增加或者可听噪声超标，为我国高海拔地区高压交流输电线路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：

一种高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，包括以下步骤：

S1)获得多种导线的导线分裂数、子导线半径和导线表面平均最大电场强度；

S2)根据高海拔电晕笼试验测得多种导线可听噪声的声压值，并利用数学转换关系将声压值转化为声功率值；

S3)基于步骤S1)获得数据以及步骤S2)计算得到的声功率值，利用多元线性回归法拟合得到可听噪声声功率预测计算公式：

PWL＝-93.4+70lgg_max+16.7lgn+49.7lgd；

式中：g_max为导线表面平均最大电场强度，单位kV/cm；

n为导线的分裂数，4≤n≤12；

d为子导线直径，单位mm，26.80≤d≤36.20。

可选的，多种所述导线均为钢芯铝绞线且其分裂间距固定为400mm。

可选的，步骤S1)中所述导线表面平均最大电场强度的获取，具体包括以下步骤：

S101)利用模拟电荷法或有限元法计算每根子导线表面的电场强度；

S102)提取出每根子导线表面最大的电场强度；

S103)对提取出的每根子导线表面最大的电场强度进行算术平均，得到导线表面的平均最大电场强度。

可选的，步骤S2)中所述根据电晕笼试验测得多种导线可听噪声的声压值，具体包括以下步骤：

S201)声压传感器将导线在电晕笼中受到的振动或气流变化转化为电压信号，通过标准LAN电缆将电压信号传送至B&K数据采集前端；

S202)B&K数据采集前端对电压信号进行放大处理，通过网线将电压信号传送至配备有PULSE软件的电脑；

S203)在电脑的PULSE软件界面对测得导线的噪声水平及频谱特性进行观察与记录，获得导线可听噪声的声压值；

S204)重复步骤S201～S203，测得多种导线可听噪声的声压值。

可选的，所述声压传感器放置在电晕笼内笼体侧壁的中间位置，用于确保声压传感器与被测声源间距离大于被测噪声波长。

可选的，步骤S2)中所述利用数学转换关系将声压值转化为声功率，具体包括以下步骤：

S211)假设电晕笼中导线表面的电晕放电点沿导线均匀分布，dx长度导线噪声产生的声功率为常数A₀，将dx长度导线作为点声源，则噪声以球面波形式向周围传播，考虑地面对噪声的反射作用，计算相距导线D处的声能J：

式中：A₀为dx长度导线噪声产生的声功率；

L为导线长度；

k为大地对声波的反射系数；

D为导线中点与声压传感器测点之间的距离；

Di为线路镜像与声压传感器测点之间的距离；

S212)根据声能J计算声压P：

式中：δ为空气相对密度；

c为空气中声波传播速度，取344m/s；

S213)计算外界因素影响参数H：

S214)联立声能J、声压P和外界因素影响参数H的计算公式，得到声压P与声功率A₀之间的运算关系式：

S215)将测得的声压值代入声压P与声功率A₀之间的运算关系式，获得声功率值。

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：本发明实施例提供的高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，是通过对我国高海拔地区交流线路常用导线进行大量的可听噪声声功率实测，从而得到的高海拔可听噪声声功率预测计算公式，无论在海拔方面还是导线分裂数方面均符合我国的实际情况，针对性强，适用性强，且预测计算更加的准确可靠，避免了由于预测不准确给工程带来的不必要造价增加或者可听噪声超标，同时为以后扩展至架空线路，研究架空线路的可听噪声水平提供了依据，为我国高海拔地区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

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为本发明实施例高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法的流程图；

图2为本发明实施例高海拔电晕笼试验对导线可听噪声声压测量的示意图；

图3为本发明实施例PULSE数据采集界面。

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高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，对高海拔地区高压交流输电线路可听噪声声功率预测计算更加的准确可靠，避免了由于预测不准确给工程带来的不必要造价增加或者可听噪声超标，为我国高海拔地区高压交流输电线路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。

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。

本发明实施例中主要采用的导线类型为钢芯铝绞线，其类型如下：4×LGJ500，4×LGJ630，4×LGJ720，6×LGJ400，6×LGJ500，6×LGJ630，6×LGJ720，8×LGJ400，8×LGJ500，8×LGJ630，10×LGJ400，10×LGJ500，10×LGJ720,12×LGJ400，总计14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36.24mm。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，本发明在进行试验时，固定导线分裂间距为400mm。

对于可听噪声声功率PWL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可听噪声声功率研究，获取相应的声功率值，而后扩展至架空线路，就可以研究架空线路的可听噪声水平。

如图1所示，本发明实施例提供的高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，包括以下步骤：

S1)获得多种导线的导线分裂数、子导线半径和导线表面平均最大电场强度；

S2)根据高海拔电晕笼试验测得多种导线可听噪声的声压值，并利用数学转换关系将声压值转化为声功率值；

S3)基于步骤S1)获得数据以及步骤S2)计算得到的声功率值，利用多元线性回归法拟合得到可听噪声声功率预测计算公式：

PWL＝-93.4+70lgg_max+16.7lgn+49.7lgd；

式中：g_max为导线表面平均最大电场强度，单位kV/cm；

n为导线的分裂数，4≤n≤12；

d为子导线直径，单位mm，26.80≤d≤36.20；

并对拟合得出的声功率预测计算公式进行了有效性分析，本发明利用的是IBMSPSS Inc.公司的IBM SPSS Statistics 19统计分析软件，采用了最小二乘法拟合方式，其统计检验结果如表1所示。

表1可听噪声声功率预测回归方程系数及其显著性水平分析结果

由表1可以看出，在R²检验中，R²＝0.96，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，说明这三个自变量对因变量的影响高度显著；可见高海拔地区的导线表面平均最大场强g_max、导线分裂数n和子导线直径径d对可听噪声声功率值有高度显著影响。

步骤S1)中所述导线表面平均最大电场强度的获取，具体包括以下步骤：

S101)利用模拟电荷法或有限元法计算每根子导线表面的电场强度；

S102)提取出每根子导线表面最大的电场强度；

S103)对提取出的每根子导线表面最大的电场强度进行算术平均，得到导线表面的平均最大电场强度。

如图2至3所示，步骤S2)中所述根据电晕笼试验测得多种导线可听噪声的声压值，具体包括以下步骤：

S201)声压传感器将导线在电晕笼中受到的振动或气流变化转化为电压信号，通过标准LAN电缆将电压信号传送至B&K数据采集前端；

S202)B&K数据采集前端对电压信号进行放大处理，通过网线将电压信号传送至配备有PULSE软件的电脑；

S203)在电脑的PULSE软件界面对测得导线的噪声水平及频谱特性进行观察与记录，获得导线可听噪声的声压值；

S204)重复步骤S201～S203，测得多种导线可听噪声的声压值。

所述声压传感器放置在电晕笼内笼体侧壁的中间位置，用于确保声压传感器与被测声源间距离大于被测噪声波长。

步骤S2)中所述利用数学转换关系将声压值转化为声功率，具体包括以下步骤：

S211)假设电晕笼中导线表面的电晕放电点沿导线均匀分布，dx长度导线噪声产生的声功率为常数A₀，将dx长度导线作为点声源，则噪声以球面波形式向周围传播，考虑地面对噪声的反射作用，计算相距导线D处的声能J：

式中：A₀为dx长度导线噪声产生的声功率；

L为导线长度；

k为大地对声波的反射系数；

D为导线中点与声压传感器测点之间的距离；

Di为线路镜像与声压传感器测点之间的距离；

S212)根据声能J计算声压P：

式中：δ为空气相对密度；

c为空气中声波传播速度，取344m/s；

S213)计算外界因素影响参数H：

本发明对前述14种导线进行了大雨条件下的可听噪声声功率测量与计算；

S214)联立声能J、声压P和外界因素影响参数H的计算公式，得到声压P与声功率A₀之间的运算关系式：

S215)将测得的声压值代入声压P与声功率A₀之间的运算关系式，获得声功率值。

本发明实施例提供的高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，是通过对我国高海拔地区交流线路常用导线进行大量的可听噪声声功率实测，从而得到的高海拔可听噪声声功率预测计算公式，无论在海拔方面还是导线分裂数方面均符合我国的实际情况，针对性强，适用性强，且预测计算更加的准确可靠，避免了由于预测不准确给工程带来的不必要造价增加或者可听噪声超标，同时为以后扩展至架空线路，研究架空线路的可听噪声水平提供了依据，为我国高海拔地区高压交流输电线路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 (6)

1.一种高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)获得多种导线的导线分裂数、子导线半径和导线表面平均最大电场强度；

S2)根据高海拔电晕笼试验测得多种导线可听噪声的声压值，并利用数学转换关系将声压值转化为声功率值；

S3)基于步骤S1)获得数据以及步骤S2)计算得到的声功率值，利用多元线性回归法拟合得到可听噪声声功率预测计算公式：

PWL＝-93.4+70lgg_max+16.7lgn+49.7lgd；

式中：g_max为导线表面平均最大电场强度，单位kV/cm；

n为导线的分裂数，4≤n≤12；

d为子导线直径，单位mm，26.80≤d≤36.20。

2.根据权利要求1所述的高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，其特征在于，多种所述导线均为钢芯铝绞线且其分裂间距固定为400mm。

3.根据权利要求1所述的高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，其特征在于，步骤S1)中所述导线表面平均最大电场强度的获取，具体包括以下步骤：

S101)利用模拟电荷法或有限元法计算每根子导线表面的电场强度；

S102)提取出每根子导线表面最大的电场强度；

S103)对提取出的每根子导线表面最大的电场强度进行算术平均，得到导线表面的平均最大电场强度。

4.根据权利要求1所述的高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，其特征在于，步骤S2)中所述根据电晕笼试验测得多种导线可听噪声的声压值，具体包括以下步骤：

S201)声压传感器将导线在电晕笼中受到的振动或气流变化转化为电压信号，通过标准LAN电缆将电压信号传送至B&K数据采集前端；

S202)B&K数据采集前端对电压信号进行放大处理，通过网线将电压信号传送至配备有PULSE软件的电脑；

S203)在电脑的PULSE软件界面对测得导线的噪声水平及频谱特性进行观察与记录，获得导线可听噪声的声压值；

S204)重复步骤S201～S203，测得多种导线可听噪声的声压值。

5.根据权利要求4所述的高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，其特征在于，所述声压传感器放置在电晕笼内笼体侧壁的中间位置，用于确保声压传感器与被测声源间距离大于被测噪声波长。

6.根据权利要求1所述的高海拔地区交流输电线路可听噪声声功率预测方法，其特征在于，步骤S2)中所述利用数学转换关系将声压值转化为声功率，具体包括以下步骤：

S211)假设电晕笼中导线表面的电晕放电点沿导线均匀分布，dx长度导线噪声产生的声功率为常数A₀，将dx长度导线作为点声源，则噪声以球面波形式向周围传播，考虑地面对噪声的反射作用，计算相距导线D处的声能J：

式中：A₀为dx长度导线噪声产生的声功率；

L为导线长度；

k为大地对声波的反射系数；

D为导线中点与声压传感器测点之间的距离；

D_i为线路镜像与声压传感器测点之间的距离；

S212)根据声能J计算声压P：

式中：δ为空气相对密度；

c为空气中声波传播速度，取344m/s；

S213)计算外界因素影响参数H：

S214)联立声能J、声压P和外界因素影响参数H的计算公式，得到声压P与声功率A₀之间的运算关系式：

S215)将测得的声压值代入声压P与声功率A₀之间的运算关系式，获得声功率值。

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