特高压交流输电线路电磁环境参数预测研究

论文摘要

2005年初,国家电网公司通过认真分析中国电力工业和电网发展的现状以及未来发展趋势,结合我国国情和能源供应特点,提出了加快建设特高压骨干电网的战略构想,从而为实现能源资源优化配置和保障国家能源安全奠定基础。自那时起,国内许多科研机构和生产厂家就陆续开展了关于特高压输变电技术的研究工作,提出了切实可行的解决方案和关键技术指标,论证了1000kV级特高压交流输电的技术可行性。然而,随着经济的不断发展和民众环境保护意识的不断增强,在特高压输电系统中,交流输电线路的电磁环境问题将成为制约我国特高压输电工程建设的主要因素之一。与超高压输电线路相比,特高压输电线路具有电压等级高、导线截面大、铁塔高和线路走廊宽等特点,而且电磁环境问题比超高压输电系统的情况更为严重,所以,对特高压输电线路的电磁环境问题必须进行深入研究,并采取措施加以限制。正是在这种背景下,本文以1000kV级特高压交流输电线路为研究模型,开展了特高压输电线路的工频电场、工频磁场、可听噪声和无线电噪声等电磁环境参数的预测研究,旨在为我国开展特高压交流输电线路的优化设计提供参考和借鉴,同时,也为人们客观地认识特高压交流输电线路的电磁环境提供技术数据支撑,在某种程度上消除人们对建设特高压输电线路后产生的电磁环境影响的疑虑,具有重要的理论意义和应用价值。论文的主要研究内容和创新性成果如下:(1)通过对工程中计算导线表面电位梯度的常用数学模型进行准确度校验,提出逐步镜像法由于具有较高的计算准确度,而且最大误差远小于可以接受的工程误差限值等特点,适合我国在进行特高压输电线路设计和电磁环境研究时使用;基于逐步镜像法计算了特高压交流单回和同塔双回输电线路的导线表面电位梯度,重点分析了线路结构参数对特高压输电线路分裂导线表面电位梯度取值特性的影响规律,同时相应地给出了我国在设计特高压输电线路时,对于减小分裂导线表面电位梯度需要遵循的基本理论依据。基于逐步镜像法原理建立了特高压交流输电线路下方空间工频电场的数学模型,通过计算分析了输电线下空间场强变化的一般规律,并提出了地面附近场强的表征方式,重点讨论了线路结构参数对工频电场分布的影响规律,同时也相应地给出了我国在设计特高压输电线路时,对于减小线下工频场强需要遵循的基本理论依据。提出了把“最大地面电场强度限值”作为我国特高压交流输电线路导线最小对地距离的选取原则,并按照不同区域地面电场控制指标的要求,通过计算确定了特高压交流单回和同塔双回输电线路导线在相应区域下的最小对地距离;研究了线路运行电压、相间距离、分裂导线结构、单回路时的导线布置形式和双回路时的相序布置方式等因素对导线最小对地距离取值的影响规律,为我国开展特高压交流输电线路的优化设计提供参考和借鉴。(2)为了避免以前在复域中求解的繁琐过程,建立了特高压交流单回和同塔双回输电线路附近工频磁场的时域数学模型,该模型在推导过程中把电流表示为瞬时值的形式,能够得到一种简洁的时域解,提高了运算速度,而且能够适用于不同的运行工况。基于上述模型,通过计算分析了我国特高压交流输电线路产生的工频磁场的横向分布规律,以便在出现最大磁场感应强度的地方做好屏蔽工作;同时,从减小工频磁场的角度定量评价了线路负荷电流大小、导线对地高度、单回路时的导线布置形式和双回路时的相序布置方式等主要因素的影响程度,为工程设计人员提供更为直观的参考和借鉴。总结了国际非离子辐射防护委员会(ICNIRP)及其电磁环境导则对工频磁场暴露提出的限值;归纳并阐明了ICNIRP导则的特点与核心结论;最后提出我国在制定特高压交流输电线路的工频磁场安全限值的国家标准时,应等效采用得到国际公认的ICNIRP导则的相关内容与限值。(3)在对交流输电线路可听噪声的累积分布特性、频谱特性和横向分布特性进行详细分析的基础上,推导出了可听噪声的声压级和声功率级之间的定量关系式,为开展可听噪声的预测研究提供了理论基础。为了克服现有预测公式的局限性,提出了基于相关向量机的特高压交流输电线路可听噪声的预测模型,该模型由于采用了贝叶斯框架下的学习机制而表现出优秀的泛化能力,使其预测具有较高的准确度以及更广泛的适用范围。为了评估特高压输电线路结构设计的合理性,利用相关向量机回归模型预测了我国1000kV级特高压交流单回和同塔双回输电线路的可听噪声水平,预测结果表明:我国特高压交流输电线路的初设结构合理,能够满足可听噪声标准的限值要求。(4)在对交流输电线路无线电噪声的产生机理进行研究的基础上,深入分析了常用的表征无线电噪声干扰水平的各类主要特性的变化规律,为开展无线电噪声的预测研究提供了理论基础。为了克服现有预测公式的局限性,提出了基于模态分析法的特高压交流输电线路无线电噪声的预测模型,该模型有效地解决了分裂导线数目大于4的输电线路的干扰预测问题。利用基于模态分析法建立的数学模型,预测评估了我国1000kV级特高压交流单回和同塔双回输电线路的无线电噪声水平,评估结果表明:我国特高压交流输电线路的初设结构合理,能够满足无线电噪声标准的限值要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出及意义
• 1.1.1 我国发展特高压电网的必要性和紧迫性
• 1.1.2 电磁环境问题是制约我国特高压输电工程建设的主要因素之一
• 1.2 国外特高压交流输电线路电磁环境的研究概况
• 1.2.1 国外特高压交流试验基地的发展概况
• 1.2.2 各国特高压交流输电线路电磁环境研究的主要内容及其结论
• 1.3 国内特高压交流输电线路电磁环境的研究概况
• 1.3.1 我国特高压交流输电线路电磁环境的初步研究现状
• 1.3.2 存在的问题与不足
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 特高压交流输电线路工频电场的预测研究
• 2.1 引言
• 2.2 特高压交流输电线路模型建立的假设条件
• 2.3 特高压交流输电线路分裂导线表面电位梯度的研究
• 2.3.1 常用计算方法的原理分析及其建模
• 2.3.2 计算模型的评估与优选
• 2.3.3 特高压交流输电线路表面电位梯度的特性分析
• 2.4 特高压交流输电线路下方空间工频电场的研究
• 2.4.1 交流输电线路下方空间电场的数学模型
• 2.4.2 交流输电线路下方空间电场的表示方法及其特征
• 2.4.3 影响特高压交流输电线路下方工频电场强度的主要因素
• 2.5 我国特高压交流输电线路工频电场的限值选择及其评估
• 2.5.1 我国特高压交流输电线路工频电场限值的选择
• 2.5.2 特高压交流输电线路导线最小对地距离的研究
• 2.6 小结
• 第三章 特高压交流输电线路工频磁场的预测研究
• 3.1 引言
• 3.2 特高压交流输电线路周围空间工频磁场的数学模型
• 3.2.1 工频磁场数学模型的建立
• 3.2.2 特高压交流输电线路工频磁场的横向分布特性
• 3.3 影响特高压交流输电线路下方工频磁场的主要因素
• 3.3.1 负荷电流的影响
• 3.3.2 导线对地高度的影响
• 3.3.3 单回路导线布置形式的影响
• 3.3.4 双回路相序布置方式的影响
• 3.4 我国特高压交流输电线路工频磁场的限值选择及其评估
• 3.4.1 国际非离子辐射防护委员会及其电磁环境导则简介
• 3.4.2 ICNIRP导则对工频磁场暴露提出的限值
• 3.4.3 ICNIRP导则的特点与核心结论
• 3.4.4 我国特高压交流输电线路工频磁场的限值选择与评估
• 3.5 小结
• 第四章 特高压交流输电线路可听噪声的预测研究
• 4.1 引言
• 4.2 交流输电线路可听噪声的特性分析
• 4.2.1 累积概率分布特性
• 4.2.2 频谱特性
• 4.2.3 横向分布特性
• 4.3 基于相关向量机的特高压交流输电线路可听噪声的预测模型
• 4.3.1 输入变量的选择
• 4.3.2 相关向量机回归建模
• 4.3.3 RVM预测模型的准确度校验
• 4.4 我国特高压交流输电线路可听噪声的限值选择及其预测评估
• 4.4.1 特高压交流输电线路可听噪声的限值选择
• 4.4.2 特高压交流输电线路可听噪声的预测评估
• 4.5 小结
• 第五章 特高压交流输电线路无线电噪声的预测研究
• 5.1 引言
• 5.2 交流输电线路无线电噪声的产生机理及其特性分析
• 5.2.1 无线电噪声的产生机理
• 5.2.2 频谱特性
• 5.2.3 横向分布特性
• 5.2.4 统计分布特性
• 5.3 基于模态分析法的特高压交流输电线路无线电噪声的预测模型
• 5.3.1 无线电干扰的预测模型
• 5.3.2 电视干扰的预测模型
• 5.4 我国特高压交流输电线路无线电噪声的限值选择及其预测评估
• 5.4.1 特高压交流输电线路无线电噪声的限值选择
• 5.4.2 特高压交流输电线路无线电噪声的预测评估
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 6.1 论文的主要工作和结论
• 6.2 进一步研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表