羅超，查智明，姚為方

(安徽省電力科學(xué)研究院電源技術(shù)中心環(huán)境工程研究所，安徽合肥230601)

1000 kV交流輸電線路噪聲的計(jì)算模式和減緩措施

羅超，查智明，姚為方

(安徽省電力科學(xué)研究院電源技術(shù)中心環(huán)境工程研究所，安徽合肥230601)

介紹了幾家國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)建立的用來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)輸電線路電暈可聽(tīng)噪聲的模式，針對(duì)皖電東送淮南至上海1000kV特高壓交流示范工程輸電線路的實(shí)際參數(shù)，建立了相應(yīng)的計(jì)算公式，可以較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)該類型輸電線路可聽(tīng)噪聲的大小;交流輸電線路電暈產(chǎn)生可聽(tīng)噪聲的影響因素眾多，根據(jù)是否可控將這些因素分為兩大類，并分析了單個(gè)因素對(duì)可聽(tīng)噪聲預(yù)測(cè)值的影響程度，針對(duì)輸電電路導(dǎo)線參數(shù)、桿塔型式和附加材料三個(gè)方面的內(nèi)容，提出了幾類切實(shí)可行的輸電線路可聽(tīng)噪聲減緩措施，為后續(xù)1000kV交流輸電線路的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供參考。

特高壓;電暈;可聽(tīng)噪聲;公式;影響因素

0 引言

500kV以下電壓等級(jí)輸電線路產(chǎn)生的可聽(tīng)噪聲一般情況下不會(huì)對(duì)附近區(qū)域的聲環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生較大程度的影響，因此無(wú)論是相關(guān)行政主管部門還是科研工作者對(duì)此領(lǐng)域的關(guān)注都比較少，但隨著我國(guó)特高壓輸變電工程建設(shè)的逐步推進(jìn)，目前輸電線路的電壓等級(jí)最高達(dá)到1000kV，尤其是在2013年9月，世界上首個(gè)同塔雙回特高壓交流輸變電工程－皖電東送淮南至上海1000kV特高壓交流示范工程投入運(yùn)行，不斷提高的電壓等級(jí)進(jìn)一步驗(yàn)證了特高壓交流輸電大容量、遠(yuǎn)距離、低損耗、省占地等優(yōu)勢(shì)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)電力工業(yè)和裝備制造業(yè)科學(xué)發(fā)展，保障電力可靠供應(yīng)和國(guó)家能源安全具有重要意義。但同時(shí)值得注意的是，隨著民眾環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，特高壓輸電線路的電磁環(huán)境影響越來(lái)越受到人們的關(guān)注，尤其是線路產(chǎn)生的可聽(tīng)噪聲，對(duì)附近區(qū)域的聲環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生了重要影響，與工頻電場(chǎng)和工頻磁場(chǎng)等電磁環(huán)境參數(shù)不同，線路的噪聲可以直接被感知，因此日漸成為受影響居民投訴的熱點(diǎn);同時(shí)受到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制約，可聽(tīng)噪聲成為決定輸電線路結(jié)構(gòu)、影響建設(shè)費(fèi)用等方面的重要因素。

20世紀(jì)60年代，隨著特高壓輸電技術(shù)的出現(xiàn)，國(guó)外開(kāi)始對(duì)輸電線路的噪聲問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)研究，內(nèi)容包括輸電線路噪聲的產(chǎn)生機(jī)理、聲學(xué)特征、測(cè)試方法和降噪措施等［1－2］。從起初通過(guò)對(duì)特高壓試驗(yàn)基地的線路進(jìn)行實(shí)測(cè)，從而提出預(yù)測(cè)特高壓輸電線路對(duì)稱分裂導(dǎo)線可聽(tīng)噪聲的公式，到后來(lái)逐步從試驗(yàn)研究轉(zhuǎn)向構(gòu)筑理論分析的數(shù)學(xué)模型，如建立輸電線路聲源數(shù)學(xué)模型，對(duì)運(yùn)行線路的噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，最后形成了如SoundPLAN、svsnoise等進(jìn)行輸電線路噪聲場(chǎng)的分析計(jì)算軟件。

國(guó)內(nèi)對(duì)輸電線路噪聲的研究集中在對(duì)運(yùn)行線路可聽(tīng)噪聲的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和降噪措施上，近年來(lái)隨著特高壓交直流輸電工程的開(kāi)展，中國(guó)電科院等單位對(duì)可聽(tīng)噪聲進(jìn)行了更加深入、細(xì)致地研究工作，如利用電暈籠對(duì)不同直徑、分裂方式、表面狀態(tài)和大氣環(huán)境下的導(dǎo)線進(jìn)行了試驗(yàn)，為特高壓交直流線路導(dǎo)線的選擇提供了重要參考數(shù)據(jù)［3－6］。

1 計(jì)算模式

對(duì)于交流輸電線路而言，影響其可聽(tīng)噪聲的因素主要包括以下幾個(gè)方面:

(1)輸電線路的運(yùn)行電壓。影響電暈放電的主要因素是導(dǎo)線表面的電位梯度，而導(dǎo)線表面電位梯度取決于導(dǎo)線上的運(yùn)行電壓。

(2)導(dǎo)線參數(shù)。包括導(dǎo)線分裂數(shù)、導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線分裂間距、導(dǎo)線截面積等均會(huì)影響線路可聽(tīng)噪聲的大小。

(3)線路結(jié)構(gòu)參數(shù)。導(dǎo)線的架線形式?jīng)Q定了不同相導(dǎo)線對(duì)地高度及相導(dǎo)線之問(wèn)的距離，繼而影響可聽(tīng)噪聲的大小。

(4)環(huán)境因素。輸電線路架設(shè)在露天環(huán)境，周圍的環(huán)境因素，如溫度、濕度等均會(huì)使線路表面場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生變化，電暈放電現(xiàn)象隨場(chǎng)強(qiáng)變化而變化，以致對(duì)可聽(tīng)噪聲大小產(chǎn)生影響。

(5)地理位置因素。不同地理位置的氣壓和海拔不同，導(dǎo)致空氣密度不同，空氣密度的大小因影響導(dǎo)線表面電暈放電從而對(duì)可聽(tīng)噪聲產(chǎn)生影響。

皖電東送淮南至上海1000kV特高壓交流示范工程采用導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ－630/45，子導(dǎo)線直徑為33.6m，子導(dǎo)線分裂數(shù)8。分裂間距400mm，表面電場(chǎng)15～16kV/cm。目前既有的多數(shù)線路可聽(tīng)噪聲計(jì)算公式和預(yù)測(cè)模式由于主要針對(duì)的是500kV及以下電壓等級(jí)，因此均需經(jīng)過(guò)修正后才能應(yīng)用于該類型輸電電路附近區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量的預(yù)測(cè)。

俞集輝等［7－8］分析了兩大類共8種計(jì)算公式對(duì)于1000kV特高壓交流輸電線路的適用性，選出4種用于計(jì)算1000kV特高壓輸電線下可聽(tīng)噪聲大小的預(yù)測(cè)公式，并分別在相導(dǎo)線水平與正三角排列下將這4種公式進(jìn)行計(jì)算與對(duì)比，發(fā)現(xiàn)意大利ENEL公式在相導(dǎo)線水平排列時(shí)最能反映噪聲的大小，而美國(guó)BPA公式在相導(dǎo)線正三角排列時(shí)最佳。

唐劍等［9］通過(guò)特高壓電暈籠試驗(yàn)，分析了導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)、子導(dǎo)線線徑、分裂間距和分裂數(shù)等因素對(duì)導(dǎo)線電暈可聽(tīng)噪聲的影響規(guī)律，通過(guò)多元回歸分析方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出可有效預(yù)測(cè)導(dǎo)線可聽(tīng)噪聲聲功率的公式，并最終提出了適合我國(guó)1000kV輸電線路噪聲的計(jì)算模式。

同樣是利用電暈籠試驗(yàn)，陳豫朝等［10］計(jì)算解析了單位長(zhǎng)度導(dǎo)線噪聲產(chǎn)生的功率，從而推導(dǎo)三相輸電線路在空間任意點(diǎn)的可聽(tīng)噪聲值.

李靜雅等［11］以甘肅省多條超高壓輸電線路可聽(tīng)噪聲的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為樣本，基于誤差反傳(back propagation，BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方法，選擇影響可聽(tīng)噪聲的13個(gè)因素作為輸入變量，可聽(tīng)噪聲值作為輸出變量，建立了三層結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)模型，能夠較為精確的預(yù)測(cè)超高壓輸電線路可聽(tīng)噪聲，但是這種方法基于大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立的某一個(gè)模型只能針對(duì)特定架設(shè)形式，在對(duì)1000kV特高壓交流輸電線路進(jìn)行計(jì)算時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)采集實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，這種方法更為接近線路運(yùn)行的實(shí)際，是未來(lái)輸電線路可聽(tīng)噪聲計(jì)算模式的發(fā)展方向。

2 減緩措施

如前所述，交流輸電線路電暈產(chǎn)生的可聽(tīng)噪聲主要受兩大類因素的影響，第Ⅰ類因素是線路結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和施工方面，主要表現(xiàn)為不同線路導(dǎo)線排列方式、導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線扭絞、相間距離、導(dǎo)線對(duì)地高度以及單/雙回路、分裂形式等;第II類因素是大氣及環(huán)境等外部因素的影響，主要包括大地導(dǎo)電率、氣壓、相對(duì)濕度、紫外線輻射強(qiáng)度、風(fēng)速、雨、雪、霧等天氣以及地理位置等方面。由于第II類因素?zé)o法通過(guò)人力進(jìn)行控制，因此目前工程上采取的輸電線路可聽(tīng)噪聲減緩措施主要針對(duì)第Ⅰ類因素，根據(jù)不同研究者得出的計(jì)算模式，這些措施主要包括幾個(gè)方面，下面分別進(jìn)行討論。

2.1 針對(duì)導(dǎo)線采取的措施

(1)增加分裂導(dǎo)線的直徑和增加分裂導(dǎo)線的數(shù)目均可有效降低導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度，目前采用較為普遍。

(2)葉鴻聲等［12］認(rèn)為當(dāng)子導(dǎo)線分列數(shù)不變時(shí)，改變子導(dǎo)線間的分裂間距，將使子導(dǎo)線表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度改變，從而使無(wú)線電干擾和可聽(tīng)噪聲變化。但子導(dǎo)線分裂數(shù)還受其他因素的影響，如地面最大電場(chǎng)強(qiáng)度、次檔距振蕩等，因此需通過(guò)模式計(jì)算以選取較佳的子導(dǎo)線分裂間距值。

(3)采用子導(dǎo)線非對(duì)稱分裂方式，可使每相子導(dǎo)線分配的電荷均勻，降低導(dǎo)線表面電場(chǎng)，從而減小可聽(tīng)噪聲。但這種方法會(huì)對(duì)線路施工檢修，輔助金具的材料工藝、導(dǎo)線防舞動(dòng)以及桿塔應(yīng)力設(shè)計(jì)等提出嚴(yán)格要求。

(4)另外，改變導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，采用外層梯形或Z形結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線，使導(dǎo)線表面光滑，可以有限減少電暈放電，從而降低可聽(tīng)噪聲。

2.2 針對(duì)桿塔采取的措施

(1)加大桿塔的線間距離，可對(duì)可聽(tīng)噪聲產(chǎn)生影響。根據(jù)模式計(jì)算的結(jié)果，對(duì)8×LGJ－630/45的導(dǎo)線而言，線間距離增加1m，可聽(tīng)噪聲從50.36dB (A)降至49.85dB(A)。

(2)選擇桿塔型式增加導(dǎo)線離地的平均高度，可對(duì)電暈可聽(tīng)噪聲產(chǎn)生影響，但影響的程度有限。

2.3 附加材料的措施

(1)采取附加子導(dǎo)體，即在對(duì)稱分裂子導(dǎo)線束中再加1根子導(dǎo)線，以達(dá)到改善和減小各子導(dǎo)線表面電荷分布，從而達(dá)到減小表面電場(chǎng)強(qiáng)度的目的，降低可聽(tīng)噪聲。但附加子導(dǎo)線會(huì)增加導(dǎo)線重量，引起局部過(guò)熱，并易造成舞動(dòng)碰線。因桿塔重量會(huì)有所增加，需要特殊的子導(dǎo)線間隔棒。在工程建設(shè)中，可將附加子導(dǎo)線分割為長(zhǎng)10m的小段分別裝設(shè)在需要的地方以降低工程費(fèi)用和施工難度。

(2)在導(dǎo)線上涂抹既能不影響導(dǎo)線散熱，又能有較高老化壽命的親水涂料等，使導(dǎo)線在大霧、毛毛雨及雨停后附著在導(dǎo)線表面上的水滴吸收到線股之間而不易形成水滴，減小雨水滴沿導(dǎo)線隨機(jī)分布的電暈源點(diǎn)，從而減小因此而產(chǎn)生的電暈放電，以達(dá)到降低可聽(tīng)噪聲的效果。這種方法對(duì)工程建設(shè)的成本影響也比較大。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于1000kV電壓等級(jí)的交流輸電線路而言，導(dǎo)線電暈發(fā)出的可聽(tīng)噪聲成為決定輸電線路結(jié)構(gòu)、影響建設(shè)費(fèi)用、關(guān)系正常運(yùn)行和檢修等方面的重要因素。國(guó)內(nèi)外的多家研究機(jī)構(gòu)通過(guò)模擬計(jì)算、電暈籠試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法，建立了一系列該電壓等級(jí)交流輸電線路可聽(tīng)噪聲的計(jì)算模式。結(jié)合我國(guó)已建成投運(yùn)的皖電東送淮南至上海1000kV特高壓交流示范工程的主要參數(shù)，選擇了幾種最佳的噪聲計(jì)算公式，可以較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)其可聽(tīng)噪聲的大小;交流輸電線路電暈產(chǎn)生可聽(tīng)噪聲的影響因素眾多，通過(guò)模式計(jì)算可以確定單個(gè)因素對(duì)某一位置可聽(tīng)噪聲預(yù)測(cè)值的影響程度，再結(jié)合輸電線路其他方面的控制條件和成本控制原則，可以選擇更合適的參數(shù)，以達(dá)到工程環(huán)境友好與節(jié)約建設(shè)成本的平衡。另外，應(yīng)針對(duì)示范工程運(yùn)行中出現(xiàn)的新問(wèn)題，不斷研究和完善線路噪聲的產(chǎn)生和傳播理論、影響因素、預(yù)測(cè)模型和測(cè)試方法，進(jìn)一步探索降低可聽(tīng)噪聲的有效方法，并將它們應(yīng)用于實(shí)際建設(shè)中。

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Audible noise predicting formulas and reduction measures for 1000 kV UHV AC transmission lines

Several audible corona noise predicting formulas of UHA transmission lines，founded by BPA from the U.S.A.，ENEL from Italy and EPRI from China etc.，were introduced.Based on the conductor parameter of Huannan－Shanghai 1000kV UHV AC double－circuit transmission line，four formulas were presented for predicting the audible noise of the same type transmission lines exactly.The factors resulting in audible noise of UHV AC transmission line are analyzed，including the structure，design and construction of the transmission line，as well as the atmosphere and environments.The measures to reduce audible noise of transmission line were summed up，and such engineering solutions to reduce the audible noise as increasing the diameter of bundled conductors，increasing the bundle numbers and changing the interval between bundled conductors are considered applicable.Some preventive suggestions ale provided in the hope of supporting on－site operation data for designs of 1000kV UHVAC transmission lines，operation and maintenance.

UHV AC transmission lines;corona;audible noise;formula;factors

X591

B

:1674－8069(2015)01－005－03

2014-09-21;

2014-12-15

羅超(1982-)，男，河南光山人，博士，工程師，主要從事電力環(huán)境保護(hù)方面的研究。E－mail:3035758@qq.com

安徽省電力公司科技項(xiàng)目“變電站噪聲的三維空間預(yù)測(cè)模型研究”(5212051350C8)