基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统及测试方法与流程

1.本发明涉及电网环保技术领域，具体涉及一种基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统及测试方法。


背景技术：

2.随着特高压交直流输电网的建设，高压输电线路电晕放电问题日益突出，伴随电晕放电产生的电磁污染、电晕噪声引起的环保纠纷也日趋增多。高压输电线路不可避免的会跨越邻近民房，其电晕噪声会对居民生活产生一定影响，特别是在雨天其影响更为明显，目前暂没有较好的经济性解决方法。
3.电晕放电的原因主要是输电线路表面不光滑，易吸附空气中的灰尘，尤其在严重的雨天，水滴顶部周围电场的畸变易使空气电离，从而成为产生电晕放电的点效应触发因素，进而发生电晕放电现象，产生电晕噪声。电晕噪声控制方法大致可分为声源控制和传播途径控制两种，其中声源控制通常采用增大线经和分裂导线的方式，通过降低导线表面曲率半径和平均电荷密度来削弱输电线路表面场强，进而降低电晕噪声，该方法投入成本较大，且只能部分抑制电晕。传播途径降噪包括以下两种：一是采用增加输电线路高架塔的高度，提高噪声源与被保护对象之间的距离；二是在被保护对象与噪声源之间增设隔声材料。其中，第一种方法虽然能够达到抑制电晕的效果，但是存在投入大、对电线材质要求高等缺陷。导线的表面状态是影响电晕性能的重要因素，因此可以通过改变导线表面状态来提升其电晕性能，例如在导线表面涂覆防电晕漆或者憎水性涂料。
4.电晕笼试验系统是一种用来模拟实际输电线路电磁环境的经济、有效的工具，可以较方便地开展真型导线在较大范围电压下的电晕效应试验，因此，为了研究高压输电导线表面包裹或者涂覆不同绝缘材料后的电晕特性和电晕噪声，设计合理、准确的电晕笼噪声测试系统是开展相关高压验证试验关键的目标。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，特别针对研究输电线路电晕噪声与抑制效果的需求，提出一种基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统及测试方法，可以有效定位电晕噪声声源位置，并且可在同一条件下，对比不同材料包裹后电晕噪声下降水平。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
7.一种基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统，包括高压试验区域和监测区域，所述高压试验区域内设有电晕笼高压试验系统，所述电晕笼高压试验系统包括电源供电系统、网状电晕笼外壳以及设于网状电晕笼外壳内的三段式高压导线，所述监测区域内设有声成像监测系统、红外测温监测系统和紫外成像监测系统，所述声成像监测系统包括声阵列。
8.上述的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统，优选的，所述声阵列为线性阵
列、十字形阵列、圆形阵列或螺旋形阵列，更优选圆形阵列或螺旋形阵列，阵列单元的间距范围为5mm～30mm。
9.上述的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统，优选的，所述声阵列的频率范围为600hz～60khz，检测精度≤2db，通道数≥72，本底噪声＜30db，更优选本底噪声＜25db，采样率≥200khz。
10.上述的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统，优选的，所述红外测温监测系统的测温范围为-25℃～ 500℃，更优选测温范围为-25℃～ 300℃，测温精度≤
±
1.5℃。
11.上述的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统，优选的，所述紫外成像监测系统的光谱范围为200nm～300nm，放电检测灵敏度≥1pc@15m。
12.上述的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统，优选的，所述三段式高压导线的中间试验段长度＞2m，采用待测绝缘材料包裹中间试验段时，0.5m＜待测绝缘材料的包裹长度＜中间试验段长度。
13.上述的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统，优选的，所述三段式高压导线为铝导线，高压的范围为110kv～1000kv。
14.上述的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统，优选的，所述高压试验区域和监测区域均设于一人工气候室中，所述高压试验区域与监测区域之间设有电磁屏蔽装置；所述人工气候室的室内条件为：温度-25℃～70℃，风速0m/s～10m/s，相对湿度0％～95％，可形成的最大水滴直径为50μm，电晕大小与水滴直径密切相关。
15.作为一个总的技术构思，本发明还提供一种基于声成像的输电线路电晕噪声测试方法，采用上述的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统进行测试。
16.上述的基于声成像的输电线路电晕噪声测试方法，优选的，所述测试方法包括以下过程：将待测的绝缘材料包裹于所述三段式高压导线的中间试验段上，给所述电晕笼高压试验系统逐渐加电压，通过紫外成像监测系统观察不同电压下的导线放电程度，通过声成像监测系统测量包裹绝缘材料段和未包裹绝缘材料段的导线放电噪声大小，可获得不同导线放电程度下绝缘材料对电晕噪声的抑制效果；另外，给所述三段式高压导线逐渐加电流，通过红外测温监测系统测量绝缘材料包裹后导线的温升情况，以验证温升是否正常。
17.本发明中，人工气候室可模拟真实导线各种环境条件，室内设置高压试验区和监测设备区域，高压试验区和监测区域之间设置有网状结构的电磁屏蔽装置(即电磁屏蔽网)，避免强电磁场对监测设备产生影响。
18.本发明中，电晕笼高压试验系统优选采用三段式高压导线，可模拟不同电压等级真实导线对应的表面场强下的电晕放电特性，最高可模拟1000kv电压等级，场强大小可由调压器调节。试验导线为光滑铝绞线，为保证声源定位精度，中间试验段长度＞2m，可实现同时包裹不同绝缘材料开展试验，每种材料包裹长度＞0.5m。电晕笼外壳为通透式网状结构，可实现外部监测装置开展检测。
19.本发明中，所述声成像监测系统频率范围控制在600hz-60khz，可实现可听声和超声频段的定位监测，检测精度优于2db(≤2db)；为保证成像效果，阵列外观直径不大于600mm，通道数不低于72，本底噪声低于30db，采样率不低于200khz，可在强电磁环境下正常工作。
20.本发明中，红外测温监测系统的测温范围为-25℃～ 500℃，测温精度优于
±
1.5
℃(≤
±
1.5℃)，在人工气候室使用时，工作环境条件满足湿度≤95％无凝结，可在强电磁环境下正常工作。
21.本发明中，紫外成像监测系统的光谱范围为200nm～300nm，放电检测灵敏度不低于1pc@15m，紫外线覆盖精度偏差小于1毫弧度，可在强电磁环境下正常工作。
22.本发明的测试方法中，逐渐加电压的电压上限或逐渐加电流的电流上限可根据实际采用的电源供电系统来定。
23.本发明中，阵列测量技术是指使用传声器阵列(即声阵列)接收空间中的声音信号并进行相应的处理，这个过程相当于在声场空间中进行信号采样，利用信号的不同空域特征收集声源信号在空间中离散后的辐射数据。传声器阵列在接收到声音信号后会进行一系列的滤波处理，提取信号中主要信源成分的特征信息，同时对其中的干扰信号与不感兴趣的信号进行过滤处理。传声器阵列测试通过在空域对信号的过滤与提取，可以实现信号的空域滤波。不同的阵列拓扑结构会使得信号加重的效果有所不同，阵列通过不同的加权处理方式处理采集到的数据，可以同时提取到不同方向的信源信息，加权处理也可以调整阵列在某一方向上的输出值，克服空间中某些较强的无关信源的干扰，达到抑制噪声并提高信噪比的目的。
24.与现有技术相比，本发明的优点在于：
25.(1)本发明的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统相比于真型导线试验，电晕笼高压试验具有成本低、效率高，操作简单等优点，声成像监测、红外测温以及紫外成像监测可实现功能互补，精准定位电晕发生位置和强度对比，声成像监测系统可精准检测出导线不同部位的电晕噪声大小，相比于单个声传感器检测，具有分离和抗背景噪声干扰检测的优点。
26.(2)本发明的测试系统在人工气候室内开展，可模拟不同外界环境下电晕特性，电晕笼外壳设计为通透式的网状结构，相比于常规金属外壳结构(开观察窗)，本发明的设计更方便外部监测装置开展相关检测。
27.(3)本发明的测试系统在试验导线上可同时包裹多种不同的绝缘材料开展试验，可实现在同一条件下，不同材料电晕抑制效果的对比研究。
附图说明
28.图1为本发明实施例1的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统的平面布置示意图。
具体实施方式
29.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
30.实施例1：
31.一种本发明的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统，如图1所示，包括高压试验区域和监测区域，高压试验区域内设有电晕笼高压试验系统，电晕笼高压试验系统(可简称电晕笼)包括电源供电系统、网状电晕笼外壳以及设于网状电晕笼外壳内的三段式高压导线，电源供电系统包括电源设备和负载柜，电源供电系统用于给电晕笼供电，整体电晕笼
置于高压试验区域，电晕笼外壳为通透式网状结构，可实现外部监测装置开展检测。监测区域内设有声成像监测系统、红外测温监测系统和紫外成像监测系统，声成像监测系统包括声阵列。
32.本实施例中，声阵列采用线性阵列，阵列单元的间距为10mm，频率范围可达800hz-60khz，检测精度为1.5db，通道数为108，本底噪声低于25db，采样率为210khz。本实施例中，声阵列的外观为圆形，直径为450mm，在300mm-600mm均可。
33.本实施例中，红外测温监测系统采用福禄克td200系列，测温范围为-25℃～ 500℃，测温精度为1.5℃，可在强电磁环境下正常工作。
34.本实施例中，紫外成像监测系统采用以色列ofil紫外成像仪，光谱范围为240nm～280nm，放电检测灵敏度为1pc@15m，可在强电磁环境下正常工作。
35.本实施例中，三段式高压导线为光滑铝绞线，导线直径为2cm，三段式高压导线的中间段为有效试验段，中间有效试验段(即中间试验段)长2.5m，在中间有效试验段上，如图1所示，一段包裹绝缘材料1、一段包裹绝缘材料2、还有一段为裸导线，绝缘材料1为普通橡胶，绝缘材料2为高密度聚乙烯，绝缘材料1和绝缘材料2的包裹厚度均为1cm，长度均为0.6m，参数性能如表1所示，两种绝缘材料的导热性能和绝缘性能有所差异。
36.本实施例中，高压试验区域和监测区域设于一人工气候室中，高压试验区域与监测区域之间设有电磁屏蔽网，人工气候室的尺寸为5m
×
4m，室内温度设置为40℃，风速1m/s，相对湿度80％，可形成的最大水滴直径为50μm。
37.一种本实施例的基于声成像的输电线路电晕噪声测试方法，采用以上本实施例的基于声成像的输电线路电晕噪声测试系统，包括以下步骤：
38.将绝缘材料1和绝缘材料2分别包裹于三段式高压导线的中间试验段上，给电晕笼逐渐加电压(电流比较小)，通过紫外成像监测系统观察导线放电程度，通过声成像监测系统(声阵列)测量包裹绝缘材料段和未包裹绝缘材料段的导线放电噪声大小，可获得不同放电程度下绝缘材料对电晕噪声的抑制效果。另外再设置一次平行试验，即将绝缘材料1和绝缘材料2分别包裹于三段式高压导线的中间试验段上，通过给三段式高压导线逐渐加电流(电压比较小)，利用红外测温监测系统测量绝缘材料包裹后导线的温升情况，验证温升是否正常。
39.本实施例开展了220kv、500kv电压等级对应的表面场强下高压试验，验证两种绝缘材料的电晕噪声抑制效果，测试结果如表2和表3所示。经红外测温的验证，温升正常。
40.表1两种绝缘材料参数表
41.材料名称密度(g/cm3)介电常数导热系数(w/m*k)电阻率(ω/cm)橡胶1.02.80.2-0.27》10
15
高密度聚乙烯0.952.2-2.40.42》10
16
42.表2 220kv电压对应场强下电晕笼试验结果
43.项目表面温度(℃)电晕噪声(dba)裸导线4555包裹橡胶5151包裹高密度聚乙烯4952
44.表3 500kv电压对应场强下电晕笼试验结果
45.项目表面温度(℃)电晕噪声(dba)裸导线4659包裹橡胶5353包裹高密度聚乙烯5053
46.由上述表中结果可知，导线包裹绝缘材料后，电晕噪声均有明显下降，但表面温度均有所上升，其中高密度聚乙烯较橡胶材料来说，温升较小，电晕噪声抑制效果相当。
47.电晕笼试验系统是一种用来模拟实际输电线路电磁环境的经济、有效的工具，可以较方便地开展真型导线在较大范围电压下的电晕效应试验，因此，为了研究高压输电导线表面包裹或者涂覆不同绝缘材料后的电晕特性和电晕噪声，设计合理、准确的电晕笼噪声测试系统是开展相关高压验证试验关键的一步，本发明的声阵列可以有效定位电晕噪声声源位置，可在同一条件下，对比不同材料包裹后电晕噪声下降水平。
48.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。