交直流特高压线路无线电干扰和可听噪声产生机理及本征特性研究2013年度报告

交、直流特高压输电线路导线电晕放电会产生较强的无线电干扰和可听噪声问题,这已成为交直流输电线路设计和运行中的决定因素之一。基于电磁场理论、气体放电理论、电声学理论,该研究电晕放电产生无线电干扰和可听噪声的机理,进而建立交、直流特高压输电线路电晕放电与无线电干扰和可听噪声的关联特性,最终获得交、直流特高压线路无线电干扰和可听噪声的特性及计算方法。目前已经取得了部分研究成果,初步完成了2013年度预期目标,主要成果包括:(1)基于单点放电、尖板放电、脉冲放电、导线放电等实验模型,初步获得了电晕电流的时域和频域统计特性,开展了电晕电流的传播模型研究,提出了电晕放电初始电流波形的确定方法和无线电干扰的时域建模方法;(2)基于电晕放电可听噪声的近距离测试方法及时域测试技术,获得了单点电晕放电产生的可听噪声的时域波形,分析了声场的传播特性,初步获得了单点放电可听噪声时域波形与电晕放电初始电流时间波形的关联特征;(3)基于电晕放电模型,提出了电晕放电空间电荷运动的数值模拟方法,建立了电晕电流微观分析模型;(4)基于直流特高压电晕笼的大量试验,获得了正、负极性直流导线的可听噪声频谱规律,提出了采用8 k Hz分量法预测可听噪声A声级的方法;(5)研究了特高压直流长试验线路与短试验线段无线电干扰和可听噪声的转换关系,提出了利用短试验线段测量数据估计输电线路无线电干扰和可听噪声的方法;(6)对交流特高压试验示范工程输电线路的无线电干扰进行了长期监测,获得了冬季和夏季无线电干扰的统计特性,通过统计分析,初步获得了特高压交流线路无线电干扰、可听噪声的经验公式。2013年度的研究成果,对后续可听噪声产生机理的研究及可听噪声的预测方法的研究奠定了较好的实验基础,为后续无线电干扰特性及产生机理研究奠定了理论和实验基础。     

不同架空高度输电线路磁场强度算法研究

研究了不同架空高度及弧垂影响下输电线工频磁场三维优化的计算方法问题.先根据分裂导线参数、相间导线距离等确定输电线路的分布参数、波阻抗与输电线电流,再由Biot-Savart定律,推导出架空导线在空间所产生的三维工频磁场强度算法.实测结果表明,不同的架空高度对磁场强度的影响十分明显.最后通过MATLAB仿真计算,阐明实际情形下高压输电线路附近产生的工频磁场的分布规律.     

特高压直流双极分裂输电线路电晕损耗的计算

为了准确计算特高压直流双极分裂输电线的电晕损耗,针对分裂子导线之间相互影响,子导线表面电场分布不均导致起晕电压的不同以及子导线位置不同引起的电晕损耗的差异,从电晕机理出发,根据气体自持放电条件判断起晕电压,提出了一种计算特高压直流双极分裂输电线的电晕损耗的较准确方法.利用本方法计算士800 kV合成电场,验证其有效性.研究表明,子导线表面在其所分布的圆的外侧电晕损耗最严重,内侧较轻甚至不起晕;每一极的损耗主要集中在线路内侧的三个子导线上.最后分析了线路参数对电晕损耗的影响,结果表明,子导线半径和极间距是影响电晕损耗的主要因素,工程设计时应该优先考虑.     

特高压线路工频电场仿真分析

本文基于ANSYS软件建立1000kV特高压交流输电线路的二维电场模型。通过计算分析出线路下方工频电场强度水平方向的分布与变化情况的一般规律;研究了杆塔类型、导线类型、导线高度等各种因素对输电线路下方工频电场强度的不同影响。结果表明可通过提高导线高度和优化杆塔结构的方式降低特高压线路下方工频电场强度,减小线路的电场环境影响。     

考虑径向温差的架空输电导线的动态增容分析

为提高输电线路输送能力和输电导线的动态增容,对输电线的径向温升现象进行研究分析.以架空输电线为例,首先基于热平衡方程计算导线温度理论值,然后通过建立输电线温度场电磁耦合有限元绞合模型,计算输电线径向温度分布规律,研究不同因素的影响,最后结合温度场的分析结果,分析输电导线动态增容的效果,根据导线的温度分布计算最小的载流量.结果表明:输电线的径向温度分布不均匀,内部温度高,表面温度低;输电导线温度受到载流量、风速、环境温度及时间变化的影响,径向温差一般可达0.58～4.53℃,因此研究架空导线的径向温差,根据导线的温度分布计算保证安全运行的最小载流量,有利于提高输电导线的动态增容,保证线路的运行安全.     

UHVDC输电线路可听噪声的探析

介绍UHVDC输电线路可听噪声产生的原因及特性,不同的气候条件、分裂导线数、分裂间距、导线截面积、海拔等对可听噪声的影响,可听噪声的计算方法.对投运后的±800 kV复奉UHVDC输电线路现场可听噪声进行分析,提出相应的防范建议,为今后UHVDC输电线路设计、运维提供现场运行资料.     

高压输电线电晕噪声允许值及其电晕噪声的预估计

电晕放电会使得导线出现可听噪声,在较低的运行电压下噪声级相当低,不引起人们的关注,但当超高压线路发展时人们注意了这个问题。一些工程技术人员认为可听噪声可能成为特高压送电线路设计的一个限制因素。     

雷电背景下线板间隙的先导起始分析

针对雷电背景下线板间隙中高压单导线表面电场强度分布,建立导线附近的空间电荷分布模型.在电场强度的计算中,同时考虑导线的高运行电压、雷电、导线表面感应电荷、空间电荷以及上行先导茎部电荷的影响.根据空间电荷模型,应用流注-先导转化理论建立先导传播过程的仿真程序,仿真计算导线表面放电过程中电晕区域的空间电荷量,采用基于时间步进的方法仿真连续上行先导的起始过程.采用建立的模型仿真计算不同雷电强度和不同运行电压下的上行先导起始情况,并与已有的先导起始判据进行对比,获得在雷电背景下高压单导线表面先导的起始要易于已有判据的结论.     

高压交直流同塔输电线路无线电干扰与可听噪声的计算

为了寻求一种适合交直流同塔架设线路的无线电干扰与可听噪声计算方法,从理论上分析了混合线路表面场强的特点,利用线性叠加原理求出混合线路表面场强,并结合晴天和雨天对交流和直流线路电晕程度的不同影响,提出在同一种天气状况下计算交直流线路无线电干扰与可听噪声。用3种计算无线电干扰与可听噪声的方法,分晴天和雨天情况进行计算比较,结果表明3种方法中 BPA 修正公式计算值最大,该方法可视为目前计算交直流同塔线路无线电干扰与可听噪声的有效方法。     

输电线雷击过电压波辐射场模型及数值分析

采用时域有限差分法（FDTD）方法研究了远离雷击通道的雷击输电线产生的辐射场．建立了输电线的数值计算模型，推导出了输电线的FDTD计算格式；对雷电激励源的加入作了详细讨论；最后分别仿真计算了雷击自由空间的单根导线和实际的三相高压输电线后，雷电过电压波沿线传播过程中在输电线周围产生的瞬态辐射场．计算结果表明：线路上的雷电过电压波引起的瞬态辐射场对环境的影响是明显的，瞬态辐射场中的高频分量可能对沿线附近的通讯设施和电气电子设备产生干扰或破坏作用．     

基于BP神经网络的交流输电线路可听噪声预测模型

可听噪声属于输电线路电磁环境的影响因子之一,其常规预测模型均存在使用条件受约束或预测误差偏大的问题.根据间接预测法的思想,以可听噪声通用表达式中的4个因素为输入变量,可听噪声值为输出变量,建立了三层结构的BP神经网络交流输电线路可听噪声预测模型.以国外多条输电线路可听噪声数据为样本,通过BP神经网络对样本进行训练,运用得到的模型对预测集线路的可听噪声值进行了预测.结果表明,与常规GE公式相比,采用BP神经网络预测模型的预测平均绝对误差要小1.641 4 d B(A).     

用于电晕放电远距离探测的螺旋天线的研究

为了降低输入噪声水平,实现在自然环境下对高压、特高压输电线上电晕放电的远距离探测。在实验室环境下搭建电晕放电实验平台,观察得到电晕放电信号具有频率分布广、信号幅度小、随机性强等特点。在自然环境下某放电强烈的超高压输电线附近的噪声和电晕信号进行了测试,确定信噪比最大的测试频段为200MHz—300MHz。以此为基础,仿真设计了中心频率为250MHz的高增益螺旋天线。根据仿真参数实际制作的螺旋天线,与仿真相符,并成功探测到实验场环境下约140米左右的电晕放电信号。此天线的设计与研制为进一步研究高压、特高压输电线远距离电晕放电探测技术奠定了基础。文中涉及到的电晕放电信号特征及探测方法对相关领域研究人员,具有重要的参考价值。     

磁暴在单回交流输电线中的感应电流的验证计算

准确计算磁暴期间交流电网中的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)对评估磁暴对交流电网的影响至关重要。在研究磁暴对交流电网的影响时所应用的现有模型的基础上,以单回交流输电线为研究对象,将交流输电线、接地体和大地进行统一建模;并采用有限元法(FEM)进行求解。这种新模型既可以处理电导率复杂分布的大地模型,又可以将交流输电线及接地体对地表感应地电场分布的影响考虑在内。均匀选取磁暴期间地磁场变化频率0.000 1~0.1 Hz之间的特定频点,分别采用现有模型和新模型计算交流输电线中的GIC,通过对比验证,表明现有模型在频率0.000 1~0.1 Hz之间计算磁暴期间交流电网中GIC时是适用的。     

考虑绝缘闪络和杆塔的冲击电晕对输电线路中雷电波传播的影响研究

在中国设计变电站设备的闪电绝缘时,并未考虑由于冲击电晕效应使入侵波在沿传输线上传播时发生的衰减和畸变,因此对于电气的绝缘要求过于严格,对于交流传输线产生的电晕的研究十分的有必要。在电晕模型中加入了更加符合实际情况的传输线的杆塔模型和绝缘子闪络模型;这一模型更好地模拟出了实际的电晕对传输线的影响过程。利用上述原理建立了基于ATP-EMTP仿真软件应用实际的传输线上的电晕模型。通过仿真计算发现,由于电晕的存在,雷电波波头时间被拉长而且幅值减小,即波形发生了衰减和畸变。雷击点距测量点的距离越远、波头时间越长、畸变现象越严重。考虑了绝缘子闪络和有杆塔时模拟得到的输电线路有电晕情况下的雷电压波形,结果显示幅值小了79.8%;对于指导输电线路终端设备安装电涌保护器具有十分重要的现实意义。     

高频电晕杂音的微型机统计观测

本文讨论了影响超高压线上载波电话通信的电晕杂音,并提出实现微型机实线统计观测和数据处理的方法。介绍对电晕杂音的采样和四种气候的数据文件,以及计算电晕杂音的均值、方差、直方图、分布曲线、拟合优度检验、信杂比统计分析和非线性回归的方法及其应用软件。统计检测系统共检测和计算六条线路36个数据。计算结果可为经济、合理、可靠地设计载波通信的收、发信电平提供准确的数据。     

根据经济电流密度选择导线截面的研究

对于输电系统,节约能源是十分必要的。以往的架空输电线路导线截面一般按经济电流密度选择,根据电晕、电磁环境和可听噪声等约束进行校核,但是由于技术、经济等因素的巨大变化,国民经济体系中的能源价格不断发生变化,过早的技术规范已经无法适用。根据国民经济发展的实际情况,优选导线截面,有利于输电系统节能降耗。深入研究了输电导线经济电流密度计算方法,提出通过简单计算选择导线截面的方法,并以冀东油田110kV第二建设工程电缆截面选择为例进行了检验。结果表明,按电流密度选择的导线截面并不合理,而按经济电流计算选择的导线截面能耗最小。     

特高压交流同塔双回输电线路损耗特性研究

在对特高压交流同塔双回输电线路损耗特性进行研究时,需计算输电线路损耗值,传统方法需通过实测方式获取输电线路损耗值,而受到压等级和导线方式的影响,当前还没有有效的实测方法,实现困难。为此,提出一种新的特高压交流同塔双回输电线路损耗特性研究方法。对某地区双回1000kv和双回500kv特高压交流同塔双回输电线路进行研究。采用π型等效电路对输电线路进行描述,依据电路分析结果对输电线路电阻损耗进行计算。依据不同天气下电晕损耗计算原则,在采集大量实验数据的基础上,提出一定范围内输电线路单位长度电晕损耗计算公式。研究不同天气环境、输送量、输送距离、负载率对输电线路损耗的影响。得出以下结论：4分裂导线单位长度电晕损耗低于8分裂导线;下雨情况下电晕损耗显著高于干燥情况下的电晕损耗;输电线路损耗率随输送量无显著变化,随输送距离的增加而增加,随负载的增加而增加,1000kv输电线路损耗率随复杂率的涨幅比500kv输电线路低,优势高。     

基于FACTS的交流特高压电网无功补偿

文章基于交流特高压线路分布参数模型,建立Π型等值电路,分析了不同长度和不同负载情况下单条特高压线路的电压和无功特性,得出了特高压线路的无功需求曲线;并利用PSASP软件用户自定义模型建立了FACTS可控并联补偿潮流模型,通过对一个含特高压线路的四区域系统引入FACTS补偿前后的潮流计算,分析了可控并补参数对特高压系统电压控制的效果.