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。     

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。     

500kV同塔双回线路导线排列方式对电气特性的影响

同塔双回500kV线路的导线排列方式影响其电晕损失、无线电干扰等，论文以川渝电网某500kV同塔双回线路的典型杆塔为例，利用EMTP程序进行仿真计算，从优化导线排列的角度出发，对其电气特性进行了深入研究，得到该线路的无线电干扰水平约37-40dB，同等条件下导线采用逆相序排列方式，地面场强最小，且不会超过6kV／m，线路间不平衡度为次好，地线感应电压和电流最小，综合效果来看，导线逆相序排列为同塔双回线路的最优化排列。     

500 kV同塔三回交流输电线路电磁环境研究

随着我国经济社会的高速发展,许多地区城镇村庄密集,规划设施众多,线路走廊资源紧张.当常规的一条单回路与一条同塔双回路平行架设时,可采用同塔三回路,以缩小线路走廊、降低工程造价、减小对环境的影响.为合理选择500kV同塔三回交流输电线路的杆塔结构及导线布置,从相序排列、塔头布置、导线高度三方面对电磁环境进行分析,结果表明:相邻回路逆相序排列时工频电磁场小于同相序排列时,三回路均同相序排列时则最大,无线电干扰和可听噪声反之,工频电场是控制性因素,推荐相邻回路采用逆相序排列;门型塔的电磁环境指标较差且走廊宽度较大,猫型塔和酒杯型塔的电磁环境指标接近,推荐走廊宽度较小的猫型塔布置;无线电干扰随导线高度的增大呈先升后降的趋势,其它指标均随导线高度的增大而减少,选择相序排列Ⅰ回ABC-Ⅱ回ABC-Ⅲ回CBA的猫型塔布置后,导线最小对地高度不受电磁环境的制约,按规范执行即可.     

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.     

220 kV高压输电线路的工频电磁场和无线电干扰污染

为获得２２０ＫＶ输电线路临近民房时的工频电场、磁场及无线电干扰污染状况,对２２０ＫＶ输电线路邻近居住区域工频电磁场强度及无线电干扰场强的分布进行实例,结合工频电磁场的有关国家标准,作出定性分析,认为２２０ＫＶ输电线路附近的电磁场对人们的健康不会产生有害影响,但暂态电击场强限值以３ｋＶ／ｍ为宜。     

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).     

交直流电场的实用计算与测量研究

未来交直流同塔架设使交直流电场的监测成为评价电力系统对环境影响的重要部分,研究线路周边交直流电场的计算模型、评价标准以及测量系统,对工业生产和人民生活有着重要意义.基于交直流电场强度计算方法及交流电场和直流电场的相互作用表现在表面电位梯度的影响上,提出先对混合电场的直流分量和交流分量分别计算,然后采用叠加模型计算交直流混合电场强度.依据工频交流电场的似稳、低发射特性及直流电场的恒定、微弱零变化特征,分别设计交、直流电场测量元件,并设计交直流电场测量装置,通过试验验证了方法的有效性,为工程实际应用中电场强度测量提供了一套便捷的实现方法.     

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.     

云广±800 kV特高压直流线路通信干扰计算

为了分析直流输电线路对通信干扰的影响,提出了一种准确计算直流输电线路对电信回路电磁干扰影响的方法.首次将交直流基波和谐波潮流统一算法应用于通信线路干扰计算中,在考虑了直流输电线路分布参数的情况下,进行了各种运行方式下直流输电线路的谐波电流和电压的计算,发现交流母线基波电压相位差对谐波电流计算有着不可忽略的影响.同时,利用线路的具体结构进行了通信干扰计算所需的各种参数的计算.在此基础上,根据不同运行方式分别计算了直流线路谐波电流正序、零序分量通过感性耦合引起的通信干扰,给出了云广直流线路在不同接近距离时通信回路上的等效干扰电压.提出的方法对正确地计算通信干扰有现实的意义.     

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.     

用正弦信号源研究电气化铁道无线电干扰的横向电波传播特性

提出了一种新的研究电气化铁道无线电干扰电波传播规律的测量方法.此方法从干扰源处——接触网与受电弓之间馈入高频信号,由电气化铁道系统辐射出去进行测量.测量时,整个辐射系统与列车运行时射频干扰源的辐射系统相比没有变化,电波传播规律也保持不变。信号源的信号强度比较强,且是稳定信号,可以在较远的距离范围内对辐射场强分布进行测量,且可对其传播规律做详细的研究.解决了过去测量中的困难.建立了电波传播的非线性拟合模型,可以将近场、远场统一考虑回归,可更加良好地反映电气化铁道无线电干扰电波传播的规律.     

基于扩展Nataf变换的交直流混合系统概率潮流计算方法

随着新型电力系统高比例新能源与高比例电力电子化的“双高”特征日益凸显,交直流混合已成为中国电力系统的典型特征。伴随着可再生能源出力的随机性,交直流混合系统的潮流也表现出随机性。为此,提出一种基于扩展Nataf变换和拉丁超立方采样的交直流混合系统概率潮流计算方法。首先,建立适用于概率潮流计算的交直流混合系统潮流模型。同时,针对Nataf变换无法处理源荷相关系数矩阵非正定的情况,采用一种基于奇异值分解的扩展Nataf变换,并结合拉丁超立方采样进行交直流混合系统的概率潮流计算。此外,针对传统Gram-charlier级数存在节点电压幅值等状态变量概率为负值的情况,提出一种C型Gram-charlier级数以解决该问题。最后,在改进的57节点交直流混合系统中验证了所提方法的有效性。     

高压交直流并联系统的数字仿真

首次将友模法应用于高压交直流并联系统的数字仿真;建立的交直流并联系统的数字模型可以对交直流并联系统进行正常稳态工况、故障工况及故障对策的仿真计算。提出的仿真方法计算量小;计算精度高、占用内存少、速度快且使用方便。     

不同电压等级下架空导线对雷达的无源干扰

输电线路对邻近无线电台站的无源干扰可能影响无线电台站信号的有效接收和发射,因此准确计算在外界电磁波入射情况下输电线路的电磁散射是确定两者合理避让间距的基础。其中对于雷达台站而言,由于雷达的工作方式等影响,架空导线是影响雷达探测的主要因素。高压架空输电线等设施作为障碍物,如果距离雷达站过近,会破坏雷达阵地反射面的要求,使雷达波瓣变形,进而影响探测性能;还会对雷达造成一定的遮蔽角或电磁波减弱,从而使雷达遗漏目标或探测距离降低。由于在不同电压等级下,输电线路的分裂系数、杆塔类型决定的线路高度及排列方式都会发生改变。针对一般情况下应用多级子算法开展架空导线的等效半径、高度和水平排列对雷达的无源干扰计算,得出了三条结论:当计算频率低于450 MHz时,可以用等效半径模拟分裂导线计算,高于这一频点情况下必须建立分裂导线模型;在误差允许的范围内,导线高度对电场强度遮蔽损耗的影响较小;同时导线水平排列不存在前后导线的遮蔽现象。从而对研究输电线路对无源干扰的影响具有应用指导作用。     

大型交直流系统事故后的有功调整优化及其在可靠性评估中的应用

本文系统地发展了大型交直流系统事故后的有功调整优化模型。模型的目标是当系统中某些元件退出运行时,使总失负荷量最少,同时也使有功调整方式与实际运行情况相近。在评估系统可靠性时,用Monte-Carlo法模拟系统随机出现的大量故障,因此对每一种故障检查是否会造成失负荷以及确定失负荷多的多少,所要求的计算量应该很少且速度很快。本文的模型和算法,由于利用了同心松弛概念和逐次处理约束条件的思想,以及应用修正节点电纳矩阵反演求逆的方法,适应了这种需要。 本文涉及系统的静态约束条件,所计算的可靠性指标反映静态失负荷水平。本文最后给出了应用于-14节点系统时的计算结果。     

基于弧垂效应的特高压线路无线电干扰研究

在电力需求日益增加而能源资源及负荷分布极不均衡的国情下,对特高压输电技术的深入研究和完善刻不容缓,其中特高压输电线路无线电干扰水平的准确评估和控制极为关键.目前特高压交流线路无线电干扰研究方法中使用较普遍的是激发函数法,该文采用一种更适合我国国情的激发函数对特高压线路无线电干扰进行研究,在2维模型的基础上用考虑弧垂的等效分析法进行了算例仿真,并与已运行的1 000 kV晋东南-南阳-荆门特高压交流示范工程线路无线电干扰实测数据进行对比,发现考虑弧垂的等效分析法更适用于实际工程,说明了实际特高压线路工程无线电干扰预测中考虑弧垂的必要性.最后分析了无线电干扰影响因素并提出了相应的减弱干扰措施,可为国家特高压输电线路以及杆塔的设计选型提供重要参考.     

高压交直流并联系统的预想事故分析

本文提出了一种高压交直流并联系统的预想事故分析方法。本方法与高压交直流并联系统的快速解耦潮流相结合,采用节点附加注入功率模拟交、直流支路开断,预想事故后的潮流计算采用直接解法。编制了高压交直流并联系统交、直流支路开断的预想事故分析程序。并用实例进行了计算,得到了满意的结果。     

混合法计算城市微蜂窝小区上空电场分布

由于基站电磁辐射对飞行器的飞行安全构成潜在威胁,本文提出了一种混合计算方法来研究城市微蜂窝小区上空电场分布情况.该方法通过将城市微蜂窝小区电波传播模型和二维宽角抛物线方程方法相结合,更加精确的计算出小区上空电场分布情况.计算结果表明,微蜂窝小区上空电场分布会受到小区布局的影响.并且在小区上空,出现多径快衰落现象.计算结果为人们研制具有抗干扰能力的飞行控制系统提供了重要的电磁环境参数.还可以帮助人们制定更加安全的飞行线路.