一种交流输电线路可听噪声三维分布计算方法

本发明涉及输电线路噪声预测技术领域，特别是涉及一种交流输电线路可听噪声三维分布计算方法。

背景技术：

高压输电线路电晕放电引发了一系列电磁环境问题：工频电场、工频磁场、无线电干扰以及可听噪声。随着社会的持续发展，人民生活水平不断提高，人们对周围居住环境的要求也愈加提高，输电线路电磁环境问题受到社会各界的广泛关注。相对于其他三个电磁环境问题而言，可听噪声是生活在高压输电线路周边的居民最直观感受到的，容易造成心理与生理上的不适，且是民众对电网投诉的主要问题来源。

目前，我国已有的可听噪声计算预测公式都是假定导线长度远大于导线到被测点距离，适用于二维情况下的无限长直导线可听噪声计算，随着超、特高压交流工程的大力建设，可听噪声水平已成为限制超、特高压交流输电线路建设的重要因素之一，继续利用二维预测方法来计算可听噪声，而未考虑导线弧垂、导线有限长特性的影响，使得预测值与实际值存在一定的差异性，

由于不准确的可听噪声预测会导致某些工程可听噪声限值设计偏严，从而导致整个工程投资的大幅度增加，或者某些工程可听噪声设计偏松，使得工程投入运行后发生超标现象。因此，应该考虑导线弧垂影响的三维情况下可听噪声，急需设计一种交流输电线路可听噪声三维分布计算方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种交流输电线路可听噪声三维分布计算方法，考虑了导线弧垂的影响，计算得到的可听噪声比二维预测方法更准确，可以获得精确的输电走廊区域可听噪声分布情况，为输电线路设计提供理论依据和技术支撑。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种交流输电线路可听噪声三维分布计算方法，包括如下步骤：

步骤1：获取导线表面最大场强emax、分裂导线数n、子导线直径d；

步骤2：将导线通过微元法分成若干个微小线段，根据步骤1中所得到的参数，推导出微小线段的声压公式，通过微小线段的声压公式推导出观测点处产生的可听噪声的总声压公式及声压级公式；

步骤3：根据步骤2中推导出的可听噪声的声压级公式，从档距始端开始，对点声源与观测点处的夹角沿导线积分，通过求和得到一个档距内单根导线的声压级，叠加三条线路的声压级得到可听噪声。

可选的，通过模拟电荷法或有限元法计算获取步骤1中所述的导线表面最大场强emax。

可选的，步骤2中，所述根据步骤1中所得到的参数，推导出微小线段的声压公式，具体为：

将有限长导线通过微元法分成若干个微小线段dx，将微小线段dx看做一个点声源，假定导线上的导线电荷密度τ相等，得到在距离点声源r处的声强i为：

根据声压和声强的关系得到在距离点声源r处的声压为：

式中δ为空气密度，单位为kg/m³，标准大气压下δ＝1.205kg/m³，c为空气中的声速，单位为m/s，标准大气压下c＝344m/s，w为单位导线产生的声功率，利用cepri声功率级预测公式得出w为：

式中w0为基准声功率，w0＝1×10^-12，单位为w，lw为声功率级，根据步骤1中获得的emax、n及d求出，为：

lw＝-123.0+97.2lgemax+19.1lgn+41.7lgd(4)

步骤2中，所述通过微小线段的声压公式推导出观测点处产生的可听噪声的总声压公式及声压级公式，具体为：

观测点处产生的可听噪声的总声压p总看做是每个点声源在该处声压p单位导线的叠加，即p总为：

式中r为观测点到导线的径向距离，单位为m；

根据上述公式得到声压级lp为：

式中p0为基准声压，标准大气压下p0＝2×10^-5pa。

可选的，步骤3中，所述叠加三条线路的声压级得到可听噪声，具体为：

根据推导得到的声压级lp计算公式，从档距始端开始，对点声源与观测点处的夹角沿导线积分，通过求和得到一个档距内单根导线的声压级，将三条线路声压级叠加，得到可听噪声三维分布情况为：

式中n为导线相数，slai为第i相导线产生的声功率级，单位为db。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的交流输电线路可听噪声三维分布计算方法，利用微元法将导线分成若干微小线段，通过计算出微小线段的声压，对点声源与观测点的夹角沿导线积分，通过求和得到一个档距内单根导线的声压级分布，通过叠加三条线路得到可听噪声三维分布情况，该方法在预测交流输电线路的可听噪声水平方面更加的准确可靠，从而避免了由于预测的不准确给工程带来的不必要的造价增加或者可听噪声因子超标，为我国超、特高压交流数电线路的建设提供了一定的技术支持；采用微元法将线路分成若干微小线段，并沿导线方向对点声源与观测点的夹角积分，使得到的单根导线的声压级分布更准确；分别对比了二维以及三维计算结果，并与实际统计结果进行了对比，验证了该方法的有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例交流输电线路可听噪声三维分布计算方法流程示意图；

图2为积分路径图；

图3为计算模型示意图；

图4为三维可听噪声分布图；

图5为可听噪声对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种交流输电线路可听噪声三维分布计算方法，考虑了导线弧垂的影响，计算得到的可听噪声比二维预测方法更准确，可以获得精确的输电走廊区域可听噪声分布情况，为输电线路设计提供理论依据和技术支撑。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的交流输电线路可听噪声三维分布计算方法，包括如下步骤：

步骤1：获取导线表面最大场强emax、分裂导线数n、子导线直径d；

步骤2：将导线通过微元法分成若干个微小线段，根据步骤1中所得到的参数，推导出微小线段的声压公式，通过微小线段的声压公式推导出观测点处产生的可听噪声的总声压公式及声压级公式；

步骤3：根据步骤2中推导出的可听噪声的声压级公式，从档距始端开始，对点声源与观测点处的夹角沿导线积分，通过求和得到一个档距内单根导线的声压级，叠加三条线路的声压级得到可听噪声。

通过模拟电荷法或有限元法计算获取步骤1中所述的导线表面最大场强emax。

步骤2中，所述根据步骤1中所得到的参数，推导出微小线段的声压公式，具体为：

将有限长导线通过微元法分成若干个微小线段dx，将微小线段dx看做一个点声源，假定导线上的导线电荷密度τ相等，得到在距离点声源r处的声强i为：

根据声压和声强的关系得到在距离点声源r处的声压为：

式中δ为空气密度，单位为kg/m³，标准大气压下δ＝1.205kg/m³，c为空气中的声速，单位为m/s，标准大气压下c＝344m/s，w为单位导线产生的声功率，利用cepri声功率级预测公式得出w为：

式中w0为基准声功率，w0＝1×10^-12，单位为w，lw为声功率级，根据步骤1中获得的emax、n及d求出，为：

lw＝-123.0+97.2lgemax+19.1lgn+41.7lgd(4)

步骤2中，所述通过微小线段的声压公式推导出观测点处产生的可听噪声的总声压公式及声压级公式，具体为：

观测点处产生的可听噪声的总声压p总看做是每个点声源在该处声压p单位导线的叠加，即p总为：

式中r为观测点到导线的径向距离，单位为m；

根据上述公式得到声压级lp为：

式中p0为基准声压，标准大气压下p0＝2×10^-5pa。

步骤3中，所述叠加三条线路的声压级得到可听噪声，具体为：

如图2所示，根据推导得到的声压级lp计算公式，从档距始端开始，对点声源与观测点处的夹角沿导线积分，通过求和得到一个档距内单根导线的声压级，将三条线路声压级叠加，得到可听噪声三维分布情况为：

式中n为导线相数，slai为第i相导线产生的声功率级，单位为db。

以一个工程实例为实施例来说明上述方法，一特高压示范工程导线最大运行电压1050kv，采用8×lgj500/35钢芯铝绞线，该分裂子导线半径15mm，分裂间距为400mm，三相导线水平间距15.6m，导线最低高度28.5m，通过计算得到该档距内导线弧垂约20m。

如图3所示，建立特高压交流输电线路可听噪声三维分布计算模型，由于测点位于档距中央，故该点位弧垂的最低点坐标(0，0)，分别使用bpa预测公式以及上述推导得出的公式进行模拟，并对比三维情况下的预测结果、二维情况下的预测结果以及实际测量结果，其中bpa预测公式计算结果为大雨条件下的l50值，推导得出公式的计算结果为大雨条件下的l5值，其中l5值需要转换为l50值，转换关系如下：l50＝l5-3.5。

如图4所示，根据推导得到的公式得到可听噪声三维分布情况，在整个档距中央，即弧垂最低点处可听噪声幅值最大，提取弧垂最低处可听噪声沿导线路径径向分布，如图5所示，二维预测方法得到的可听噪声比三维预测方法的大，对于三维有限长导线的可听噪声分布而言，观测点处的声压级大小是由该有限长导线上各微小线段作为点声源产生的声压级叠加而成的，而对于无限长导线而言，观测点处的声压级是由无限长导线上无限个点声源的声压级叠加而成，因此，二维预测方法比三维预测方法的得到的可听噪声偏大。

表1可听噪声计算与测量对比

表1为通过推导得到的公式计算的边相外20m处可听噪声与实际测量可听噪声的对比，由表1可知，使用三维预测方法计算得到的边相外20m处可听噪声的误差比使用二维预测方法得到的可听噪声的误差小，验证了三维预测方法的准确性，表明采用三维预测方法来预测可听噪声是十分必要的。

本发明提供的交流输电线路可听噪声三维分布计算方法，利用微元法将导线分成若干微小线段，通过计算出微小线段的声压，对点声源与观测点的夹角沿导线积分，通过求和得到一个档距内单根导线的声压级分布，通过叠加三条线路得到可听噪声三维分布情况，该方法在预测交流输电线路的可听噪声水平方面更加的准确可靠，从而避免了由于预测的不准确给工程带来的不必要的造价增加或者可听噪声因子超标，为我国超、特高压交流数电线路的建设提供了一定的技术支持；采用微元法将线路分成若干微小线段，并沿导线方向对点声源与观测点的夹角积分，使得到的单根导线的声压级分布更准确；分别对比了二维以及三维计算结果，并与实际统计结果进行了对比，验证了该方法的有效性。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。