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浅谈特高压输电线路可听噪声分析及预测

2018年02月13日 12:29 次阅读

导读:输电线路导线表面由于制造工艺带来的毛刺及长期运行导线的积污和腐蚀等原因,导线表面会存在一定的缺陷,造成导线表面附近的电场强度增大。当导线表面电场强度达到空气的起晕场强时,会引起导线附近空气电离,发生电晕放电现象。

声音与人们的日常生活密切相关,声音可以传递能量和信息,人们通过声音进行交谈,表达自己的感情以及开展各种活动。同时,生活中不可避免地会出现不应有的嘈杂、刺耳的声音,即噪声,频率范围在20赫兹~20000赫兹范围内的噪声为可听噪声。较强的可听噪声会干扰正常的语言交谈和日常生活,使人烦躁,同时也会影响到人们的睡眠质量。如果人们长期在超过限值的噪声环境下工作和生活,人体的健康可能会受到危害。

环境噪声大多来自随机的噪音源,如急驰而过的车辆鸣笛、建筑施工各种动力机械运转及公共场所人们的喧闹等。随着超(特)高压输电线路大量建设,线路电晕放电产生的可听噪声作为一种噪声源开始引起人们的关注。输电线路设计时需要根据导线的结构参数对可听噪声进行预测,以保证可听噪声水平低于环境保护所要求的限值。特高压输电线路由于电压更高、导线截面大等特点,现有可听噪声预测方法已不再适用。如何实现特高压输电线路可听噪声的准确预测,已成为特高压输电线路设计和建设时一个亟待解决的关键问题。

输电线路电晕放电可听噪声的产生及特性

在空气中,各种各样的声音都起始于空气的振动,可听噪声也不例外。电晕放电过程中可听噪声是如何产生的?具有怎样的特性?下面将对这些问题进行回答。

输电线路导线表面由于制造工艺带来的毛刺及长期运行导线的积污和腐蚀等原因,导线表面会存在一定的缺陷,造成导线表面附近的电场强度增大。当导线表面电场强度达到空气的起晕场强时,会引起导线附近空气电离,发生电晕放电现象。电晕放电产生的带电粒子与空气分子之间的相互作用,会引起空气分子振动,进而产生输电线路的可听噪声。

输电线路可听噪声的大小与其运行电压、线路架设方式、导线分裂结构、导线截面积、导线表面状态以及大气环境条件等因素密切相关。在交流和直流输电线路电晕放电过程中,产生的带电粒子的运动特性有明显差异。因此,交流和直流输电线路产生的可听噪声特性也存在明显差异。

交流输电线路可听噪声一般由两部分组成:一部分是宽频带噪声,这是交流可听噪声的主要部分;另一部分是由于交流电压周期性变化,使导线附近带电粒子往返运动,产生交流纯音分量。实测结果表明,晴天时交流输电线路可听噪声较小,而雨天或雾天时,由于导线表面受潮或附着水滴,电晕放电较强,可听噪声较大,是交流输电线路设计时需要考虑的主要因素。

直流输电线路可听噪声,无交流纯音分量,只有宽频带噪声。由于负极性导线电晕放电的效应远低于正极性导线,因此,直流输电线路可听噪声主要来源于正极性导线电晕放电。雨天或雾天时,由于导线附近聚集的空间电荷起到均匀导线表面电场的作用,使得导线的电晕放电强度有所降低,可听噪声较晴天有所减小。晴天时可听噪声较大,是直流输电线路设计时需要考虑的主要因素。

特高压线路电晕放电可听噪声的限值要求

为了不影响特高压输电线路附近人们的正常生活,我国对交直流特高压输电线路的可听噪声限值做出了如下明确规定:

中华人民共和国电力行业标准“1000千伏架空输电线路电磁环境控制值(DL/T1187-2012)”规定:1000千伏交流特高压线路按照距边相投影外20米处,可听噪声50%统计值不超过55分贝。

中华人民共和国电力行业标准“±800千伏特高压直流线路电磁环境参数限值(DL/T1088-2008)”规定:±800千伏直流特高压线路按照正极线地面投影20米处,晴天时电晕产生的可听噪声50%值不超过45分贝。

特高压输电线路设计时必须对输电线路的可听噪声水平进行预测,根据预测结果选择导线结构。为了保证可听噪声满足限值要求,如果一味地强调尽可能地降低可听噪声,比如增加多分裂导线根数,或增加输电线路对地高度等,将会大大增加特高压输电线路的建设成本,因此准确预测可听噪声的水平非常重要。

特高压输电工程建设初期可听噪声的预测主要采用国外的经验公式,由于特高压输电线路所采用的多分裂及大截面导线已超出现有经验公式的适用范围,可听噪声预测结果的准确性令人质疑。为保证输电线路设计的合理性和经济性,建立准确的可听噪声预测方法,有着强烈的技术和工程需求。

特高压线路电晕放电可听噪声的预测分析

要能够获得特高压输电线路可听噪声的特性,建立准确的可听噪声预测方法,最为直接的方法是采用特高压电晕笼对特高压真型导线的可听噪声进行长期观测,通过统计分析获得不同结构形式在不同天气条件下可听噪声的统计特性及预测方法,为输电线路的优化设计提供指导。

基于上述研究思路,课题组开展了近3年的直流特高压真型导线可听噪声长期测试,建立了准确的背景噪声剔除方法及可听噪声统计分析方法。在此基础上总结出适合八分裂及以下导线的直流特高压输电线路可听噪声的预测公式,公式中充分考虑不同气候条件的影响规律,并填补了六分裂以上、700平方毫米以上大截面导线可听噪声预测方法的空白。通过对试验线段及哈郑特高压直流线路可听噪声的测量和计算,验证了本课题组提出的经验公式的正确性。

课题组得出的经验公式在溪浙、哈郑特高压直流输电线路上得到应用,工程环保验收时可听噪声低于限值标准,确保了输电线路的环境友好,节约了上亿元的建设费用。该经验公式适用于±800千伏到±1100千伏直流特高压输电线路可听噪声的预测,后续直流特高压输电线路将不需要再进行大量的重复试验来对可听噪声的设计方案进行验证,可以节约大量人力及财力。

课题组采用同样的研究思路,在电晕笼内对交流特高压真型导线的可听噪声进行了长期测试,总结出了适合于十二分裂及以下导线的交流特高压输电线路可听噪声的预测公式。该公式直接应用在我国淮上1000千伏交流特高压同塔双回线路设计中,工程投运后可听噪声的实际测量结果表明,课题组所提出的预测公式比国外经验公式得到的结果更为准确。

特高压输电技术的发展一直秉承着“环境友好、资源节约、安全可靠”的原则,实现特高压输电线路优化设计,降低输电线路可听噪声水平,营造良好声环境已成为特高压输电技术发展的必然需求。特高压输电线路可听噪声的研究工作仍然任重道远,今后还需在可听噪声的预测方法中补充温度、湿度等环境因素对可听噪声的影响,并实现复杂气候条件下可听噪声的准确预测,为特高压输电线路设计进一步优化提供保障。

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