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。     

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).     

基于AHP的可听噪声影响因素权值分析

影响超高压输电线路可听噪声的因素众多,对影响可听噪声的因素进行合理分析,确定其对可听噪声影响的权重是进行可听噪声预测和合理有效降低可听噪声的前提.运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process AHP)对影响可听噪声的主要因素进行了加权分析,以定量的形式确定影响因素的相对重要度.结果表明,应用层次分析法确定的可听噪声影响因素权重符合实际,准确性较高,为可听噪声选择主要影响因素用于预测及有效降低可听噪声提供参考依据.     

考虑电磁力影响的四分裂导线舞动

导线舞动是输电线路的一种低频、长时间的流固耦合现象。舞动通常会造成线路的严重破坏,特别是在高压多分裂导线架空输电线路,舞动现象会更加复杂。虽然现有研究已经提出了一些简化的导线舞动理论;但输电线路的舞动行为仍然需要进一步分析,这主要取决于线路运行工况的细化分析。采用精细有限元法计算了四分裂导线间的电磁力,得到了一种考虑电磁力影响的四分裂导线舞动数值模拟方法。此外,重点研究了电流强度对典型四分裂输电导线舞动特性的影响,包括舞动轨迹、频率、舞动模式和振幅。同时,进一步分析了在不同档距和风速下,考虑电磁力影响的四分裂输电导线舞动特征。结果表明,电磁力对线路的导线舞动行为有明显的影响。因此,有必要考虑导线舞动过程中的电磁力影响。     

高压交流输电线路电晕可听噪声机理及理论模型

为预估高压交流输电导线产生的电晕可听噪声,研究了电晕可听噪声的产生机理及其理论预估模型.高压交流输电线电晕产生正负离子,基于Drude模型研究了正负离子的运动规律,进而阐明了电晕可听噪声的产生机理.在此基础上,进一步运用Kirchhoff公式得出电晕可听噪声的理论预估模型,并针对特定导线布置形式计算了典型的二倍工频分量的声压及声场分布.数值计算结果表明,可听噪声中的二倍工频分量衰减缓慢,且在导线附近区域存在显著的干涉现象,计算的结果会随着离子浓度的变化而变化,但声压级分布曲线的形状不会变化.该模型适合于电晕可听噪声的计算,有助于指导输电线设计.     

基于高压输电线路优化设计的感应电减缓措施研究

以500 kV架空高压输电线路为研究对象,对线路感应电产生机理进行分析和仿真模拟,论证布线方式、导线弧垂最低点离地高度、分裂导线几何间距、分裂导线自身半径、分裂导线根数对感应电的影响.研究结果表明:优化导线布线方式有利于降低地面感应电强度;感应电强度与分裂导线几何间距、分裂导线根数呈正比,与导线离地高度成反比;分裂导线...     

架空输电线路分裂导线扭转刚度计算新方法

针对以往在架空输电线路分裂导线扭转刚度研究中存在计算误差较大的问题,提出了一种计算分裂导线扭转刚度的新方法.首先通过分析分裂导线扭转运动所引起的子导线长度变化,推导了子导线在扭转时的实际张力计算公式;然后针对一个档距的任意分裂导线进行力学分析,除了考虑到以往研究中所涉及的一些影响因素之外,还特别考虑了线路弧垂和线路两端高度差的影响,最终导出了分裂导线扭转刚度的一般计算公式.所推导的计算公式较清楚地描述了各种参数对扭转刚度的影响规律,并且通过确定这些参数能够直接计算得到扭转刚度数值.通过与实测值的比较表明,对于不同的分裂数、档距长度等参数的分裂导线,其扭转刚度计算结果均有较高的精度,证明了该计算公式的有效性和适应性.本研究为进一步分析和防治架空输电线路分裂导线舞动提供了新的手段.     

330kV同塔双回交流输电线路的电磁环境研究

随着公众环保意识的提升,高压输电线路周围的电磁环境问题受到越来越多地关注,关于电磁污染引起的一些纠纷及案件也日益增加。而确定线路下方电场效应、无线电干扰和可听噪声等电磁环境参数是输电线路设计的关键问题之一。文中针对电磁环境中的4个主要电磁参数进行了研究,并基于对这些参数的分析确定了线路的设计方案。文中以陕西某条设计中的330 k V同塔双回交流输电线路为研究对象,详细分析研究其电磁参数。计算了腰型和紧凑型2种塔型下的导线表面电场强度、无线电干扰、可听噪声等电磁参数,对同相序和异相序2种情况下的各参数进行对比分析后,给出了最佳设计方案,为实际线路设计提供了有效的参考依据。     

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。     

500kV六分裂导线舞动时的动张力变化特征

利用真型输电线路综合试验基地,当实现输电线路在人工模拟覆冰条件下的自然风激励起舞后,对500kV输电线路六分裂导线舞动过程的导线动张力进行测量,并分析了导线动张力的频谱特性及其与风速的相关性,从而得到了导线动张力与舞动状态及有效风速之间的关系.结果表明:作为线路舞动的表征参数,导线动张力不仅能够用于输电塔线体系的安全可靠性分析,而且能够用于输电线路的舞动监测和模式识别中,为输电线路的舞动预警及其防治措施的性能评估提供数据支撑.