WO2013181977A1

WO2013181977A1 - 一种高压直流输电线路可听噪声计算方法

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Publication number: WO2013181977A1
Application number: PCT/CN2013/075188
Authority: WO
Inventors: 刘元庆; 郭剑; 陆家榆
Original assignee: 国家电网公司; 中国电力科学研究院
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2013-12-12
Also published as: CN102735325B; CN102735325A

Abstract

一种高压直流输电线路可听噪声计算方法，包括三个部分：（1）计算高压直流***导线的表面电场强度；（2）计算夏季时高压直流线路的可听噪声水平；（3）通过加减修正项获得其他季节的可听噪声水平，本方法简单易行，可以有效的解决特高压直流输电线路可听噪声的预测问题。

Description

一种高压直流输电线路可听噪声计算方法

技术领域本发明属于电力领域中可听噪声的获取方法，具体涉及一种 4-8***导线的高压直流输电线路可听噪声计算方法。

背景技术为了满足经济社会可持续发展用电需求，建设以高压、特高压电网为核心的加强电网已成为电力建设的战略目标。在采用长距离、大容量输电时，特高压输电能够有效的节省线路走路，有助于改善网络结构，建设输电瓶颈和实现大范围的资源优化配置，经济和社会效益十分明显。由于电压等级提高，特高压的电磁环境不同于 500kV线路，若采用 500kV相同的 ***导线，线路产生的工频电场、可听噪声和无线电干扰等环境因素将成为影响线路建设的制约因素。

特高压直流输电线路的电磁环境问题是特高压直流输电线路设计、建设和运行中必须考虑的重大技术问题。我国在世界上率先研究并在南方成功建设了 ±800kV特高压直流输电工程，并将进一步研究和发展 ±1100kV特高压直流输电工程。随着直流输电工程电压等级的提高，输电线路的噪声控制显得尤为重要，它已成为决定线路结构和走廊的制约性因素之一。

可听噪声是指导线周围空气电离放电时产生的一种人耳能直接听得见的噪声。这种噪声可能会使得高压线路附近的居民或工作人员感到烦躁和不安，可听噪声与无线电干扰一样，随着导线表面电场强度的增加而增加，但可听噪声比无线电干扰沿线路横向衰减要慢。国外的研究表明，对于 750kV及以上线路来说，可听噪声将成为突出的问题。目前我国的特高压直流输电线路的真型试验研究和国外的相关研究成果尚不能完全满足我国工程建设的需求。为此，国家电网公司在北京建设了特高压直流试验线段、电晕笼，模拟小线段等试验设施，以便开展相关的直流线路可听噪声试验研究，获得适合我国导线制造工艺和环境特点的多***、大截面导线的可听噪声特性规律。结合电晕笼内导线和试验线段导线的可听噪声试验，研究直流线路可听噪声的特性规律。

目前我国预测直流线路可听噪声的公式大多来源于国外研究成果，而针对我国导线的自主试验研究，特别是特高压直流线路的真型试验研究则处于起步阶段。随着我国特高压电网的迅速发展，仅依靠国外的研究成果已不能完全满足需要。目前国家电网公司计划建设的 ±1100kV特高压直流输电线路将要用到 8***导线，而已有的美国 EPRI直流线路噪声计算公式只适用于 6***以下导线 , ΒΡΑ直流线路噪声计算公式也由于试验线段 (路) ***数和样本数较少导致计算结果跳动性过大、应用范围较小。另外，我国气候环境、导线制造技术和工艺与国外也存在差别，国外直流线路噪声计算公式在我国的适应性也需研究。为此，国家电网公司在北京建设了特高压直流试验线段、电晕笼和模拟小线段等试验设施，开展直流线路可听噪声试验研究，以获得适合我国导线和环境特点的可听噪声预测公式。

发明内容为解决我国特高压直流输电工程蓬勃发展时所遇到的输电线路可听噪声预测计算较为困难的问题，本发明提供一种 4一 8***导线的高压直流输电线路可听噪声计算方法，该方法可方便有效的计算出 4一 8***导线下方各位置处的可听噪声 Α声级；由本发明计算得到的噪声，可以为特高压直流输电线路的设计、建设和运行提供参考依据。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种高压直流输电线路可听噪声计算方法，其改进之处在于所述方法包括如下步骤：

1 ) 计算高压直流***导线的表面电场强度

采用逐次镜像法，得到***导线各子导线表面的电场强度 Ei_;

其中 l≤i≤n， i取整数，

n为导线的***数， 4≤n≤8;

采用各子导线最大电场强度的平均值法，得表征导线表面电晕放电强度的电场强度数值 E;

E 式中：

Ei—裂导线各子导线表面的电场强度， kV/cm;

Eimax—***导线子导线最大电场强度， kV/cm;

E—导线的表面最大场强， kV/cm;

2) 计算得到线路下方夏季时的可听噪声 A声级

P = + ki \og(E) + ki \og(d) + ks log(w) - 10 log(R) + AP (2)

P = k₀ '+k, 'E + k₂' hg(d) + k₃ ' log(w) - 10 log(R) + AP (3 ) 式中

P—在距离线路 R的位置处的可听噪声声压级， dB (A);

E—导线的表面最大场强， kV/cm;

d—子导线直径， cm;

n—导线的***数；

R—场点到线路的距离， m;

ΔΡ一声压级修正系数，包括季节影响修正、

修正， dB^W/m);

k0、 kl、 k2、 k3; k0，、 kl，、 k2，、 k3，一各分项的系数；

3 ) 获得其他季节的可听噪声 A声级

春秋季时， ΔΡ取 -3.1〜- 1.6，则春秋季可听噪声 A声级为：

P = ko + ki log(E) + ki log(J) + ks log(w) - 10 log(R) - (1.6〜 3.1) (4) ko + k E + ki \og(d) + k3' log(w) - 10 log(R) - (： (5 ) 取 -7.4〜- 3.7，则冬季可听噪声 A声级为

ko + ki log(E) + ki log(J) + ks log(w) - 10 log(R) - (6)

P = ko + k E + ki \og(d) + log(w) - 101og(R) - (3.7〜 7.4) ( η ) 式中各字母含义同步骤 2)。

本发明的另一优选技术方案为：所述公式 2-6中，各项系数取值范围为： k0的取值范围是 -180〜- 100;

kl的取值范围是 50~150_;

k2的取值范围是 50~100_;

k3的取值范围是 10~30；

k0 '的取值范围是 -80〜- 20;

kl '的取值范围是 1.5~2.2；

k2 '的取值范围是 50~90；

k3 '的取值范围是 15— 30。

本发明的再一优选技术方案为：所述方法的步骤 1 中，获取***导线各子导线表面的电场强度 Ei的方法为模拟电荷法或有限元法。

本发明的又一优选技术方案为：所述方法的步骤 1 中，获取表征导线表面电晕放电强度的电场强度数值 E的方法为最大电场强度法或平均电场强度法。

本发明的又一优选技术方案为：所述方法适用于 ±800kV特高压直流输电工程、 ±900kV特高压直流输电工程、±1000kV特高压直流输电工程和 +1100kV 特高压直流输电工程可听噪声的获取。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明涉及一种 4一 8***导线的高压直流输电线路可听噪声计算方法，它包括三个部分：（1 ) 计算高压直流导线的表面电场强度；（2 ) 通过计算得到线下的可听噪声水平（夏季）； (3 )通过加减一个常数来获得其他季节的可听噪声水平。

本发明简单易行，计算得到的 4一 8***导线的直流电晕可听噪声比其他公式的计算结果与我国试验线段的测量结果吻合得更好；使用本发明计算得到的多***导线的直流电晕可听噪声更适合我国的环境气候条件；本发明尤其适合应用于我国北方采用 4一 8***导线时的特高压直流电晕可听噪声计算。附图说明下面结合附图对本发明进一步说明。

图 1是 6x720mm2导线在 ±800kV时的线下可听噪声测量值与本发明推荐的计算方法的对比结果（导线表面场强为 22.04kV/cm);

图 2是 6x720mm2导线在 ±900kV时的线下可听噪声测量值与本发明推荐的计算方法的对比结果（导线表面场强为 24.8kV/cm);

图 3是 6x720mm2导线在 ±1000kV时的线下可听噪声测量值与本发明推荐的计算方法的对比结果（导线表面场强为 27.55kV/cm) ; 图 4是 6x720mm2导线在 + 1000kV时的线下可听噪声测量值与本发明推荐的计算方法的对比结果（导线表面场强为 23.14kV/cm);

图 5是 6x720mm2导线在 +1100kV时的线下可听噪声测量值与本发明推荐的计算方法的对比结果（导线表面场强为 25.45kV/cm)。

具体实施方式下面结合实例对本发明进行详细的说明。

本发明提供一种 4一 8***导线的高压直流电晕可听噪声计算方法，计算高压直流***导线表面的电场强度；通过本发明推荐的公式计算得到线下的可听噪声水平（夏季）；通过加减一个季节修正常数来获得其他季节的可听噪声水平。

下面结合附图和实施例对本发明各部分内容进行详细的描述。

( 1 ) 计算高压直流***导线的表面电场强度

可使用多种方法来计算***导线表面的电场强度，比如逐次镜像法、模拟电荷法、有限元法等。本发明推荐使用逐次镜像法，但不限于该方法。使用某种电场计算方法得到***导线中各子导线表面的电场强度分布后，还需计算得到一个可用于表征导线表面电晕放电强度的电场强度数值，本发明推荐使用各子导线最大电场强度的平均值来表示，但不限于该量，也可使用最大电场强度、平均电场强度等。

(2 ) 通过本发明推荐的公式计算得到线下的可听噪声水平（夏季）通过式 1 ) 或 2 ) 即可计算得到线路下方夏季时的可听噪声 A声级。

P = k₀ + k_x log(E) + k₂ log(J) + k₃ log(w) - 10 log(R) + AP (丄）

P = k₀ '+k, ' E + k₂' log(J) + k₃ ' log(w) - 10 log(R) + AP ( ₂ )

式中

P——在距离线路 R的位置处的可听噪声声压级， dB (A);

E——导线的表面最大场强， kV/cm;

d 子导线直径， cm;

n ~导线的***数；

R ~场点到线路的距离， m_;

k0、 kl、 k2、 k3 ; k0，、 kl，、 k2，、 k3，——各分项的系数。

ΔΡ——声压级修正系数， dB^W/m) ，包括季节影响修正、环境气候影响修正和海拔影响修正等。

其中 k0的取值范围是一 100—一 180， kl的取值范围是 50— 150， k2的取值范围是 50— 100， k3的取值范围是 10— 30; k0'的取值范围是一 20—一 80， kl'的取值范围是 1.5— 2.2， k2'的取值范围是 50— 90， k3'的取值范围是 15—30。

(3 ) 通过减去一个常数来获得其他季节的可听噪声水平

根据试验结果，夏季的可听噪声试验结果比春秋季的试验结果大 1.6~3.1dB，而比冬季的测量结果大 3.7~7.4dB。因此，春秋季的可听噪声测量结果应该在式 1 ) 和 2) 的基础上减去 1.6~3.1dB，冬季的可听噪声测量结果应该在式 1 ) 和 2) 的基础上减去 3.7~7.4dB。

下面以国家电网公司位于北京昌平的特高压直流电晕笼和试验线段可听噪声测量***的测量结果为例来说明本发明的效果。

自 2009年 4月至 2011年 4月，在电晕笼内针对 11种工程上常用的***导线开展了为期一年的可听噪声试验和规律性研究，以这些数据为基础，进行了***导线的可听噪声经验公式拟合研究。并结合同期试验线段可听噪声的试验数据，对该预测公式进行了验证。在试验线段上架设 6x720mm2 导线，分别施加士 800kV， ±900kV，士 1000kV， + 1000kV， + 1100kV 时的线下可听噪声测量值与本发明推荐的计算方法的对比结果如图 1〜5所示。其中图 1-5中，计算方法的公式中各项系数取值为 k0=— 149.79， kl=103.72， k2=79.18, k3=24.37; k0 ' =—53.02， kl ' =1.93 , k2 ' =78.36, k3 ' =24.35, 图中 CEPRI对数公式系指权利要求 1中公式 2、 4和 6，图中 CEPRI线性公式系指权利要求 1中公式 3、 5和 7。由图 1〜5可以看出，当试验线段表面场强较高时（±900kV、 ±1000kV、 +1100kV)，可听噪声实测结果的衰减趋势与采用拟合公式得到的衰减趋势一致，拟合公式预测结果与实测结果的差别较小。当试验线段表面场强较低时，在线下附近，采用拟合公式预测得到的结果与实测结果比较吻合；随着与正极导线距离的增加，拟合公式预测结果衰减较快，而实测结果衰减较慢，这是由于导线表面场强较小时由导线产生的噪声也较小，噪声测量易受背景噪声的影响。随着与正极导线距离的增加，实测结果衰减较慢，说明实测结果中背景噪声贡献较大，而实际由导线产生的可听噪声水平应比测量值更低。本发明提出的可听噪声计算方法与测量值吻合的较好。

上述实施例仅用于说明本发明的计算效果，其中式 1)和式 2)中的系数都是随天气、污秽程度等变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims

权利要求

1、一种高压直流输电线路可听噪声计算方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1 ) 计算高压直流***导线的表面电场强度

采用逐次镜像法，得到***导线各子导线表面的电场强度 Ei_;

其中 l≤i≤n， i取整数，

n为导线的***数， 4≤n≤8;

式中：

Ei—裂导线各子导线表面的电场强度， kV/cm;

Eimax—***导线子导线最大电场强度， kV/cm;

E—导线的表面最大场强， kV/cm;

2) 计算得到线路下方夏季时的可听噪声 A声级

P = ko + kdog(E) + ki log(J) + ks log(w) - 10 log(R) + AP (2)

P = k₀ '+k_x 'E + k₂' hg(d) + k₃ ' log(w) - 10 log(R) + AP (3 ) 式中

P—在距离线路 R的位置处的可听噪声声压级， dB (A);

E—导线的表面最大场强， kV/cm;

d—子导线直径， cm;

n—导线的***数；

R—场点到线路的距离， m;

ΔΡ一声压级修正系数，包括季节影响修正、

修正， dB^W/m);

k0、 kl、 k2、 k3; k0，、 kl，、 k2，、 k3，一各分项的系数；

3 ) 获得其他季节的可听噪声 A声级

春秋季时， ΔΡ取 -3.1〜- 1.6，则春秋季可听噪声 A声级为：

P = ko + ki log(E) + ki \og(d) + k log(w) - 10 log(R) - (1.6〜 3.1) (4)

P = ko + k E + ki log(J) + k log(w) - 101og(R)— (1.6〜 3.1) (5 ) 冬季时， ΔΡ取 -7.4〜- 3.7，则冬季可听噪声 Α声级为： P = ko + h log(E) + ki \og(d) + ks log(w) - 10 log(R) - (3.7〜 7.4) ( ₆ ) 或

P = ko + k( E + ki log(J) + ki log(w) - 101og(R) - (3.7〜 7.4) ( η ) 式中各字母含义同步骤 2)。

2、如权利要求 1所述的一种高压直流输电线路可听噪声计算方法，其特征在于所述公式 2-6中，各项系数取值范围为：

k0的取值范围是 -180〜- 100;

kl的取值范围是 50~150_;

k2的取值范围是 50~100_;

k3的取值范围是 10~30；

k0 '的取值范围是 -80〜- 20;

kl '的取值范围是 1.5~2.2；

k2 '的取值范围是 50~90；

k3 '的取值范围是 15— 30。

3、如权利要求 1所述的一种高压直流输电线路可听噪声计算方法，其特征在于所述方法的步骤 1 中，获取***导线各子导线表面的电场强度 Ei的方法为模拟电荷法或有限元法。

4、如权利要求 1所述的一种高压直流输电线路可听噪声计算方法，其特征在于所述方法的步骤 1 中，获取表征导线表面电晕放电强度的电场强度数值 E的方法为最大电场强度法或平均电场强度法。

如权利要求 1 所述的一种高压直流输电线路可听噪声计算方法，其特征在于所述方法适用于 ±800kV特高压直流输电工程、 ±900kV特高压直流输电工程、 ±1000kV特高压直流输电工程和 +1100kV特高压直流输电工程可听噪声的获取。