專利名稱：：交直流并行輸電線路地面電場測量系統(tǒng)及其測量方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于高壓輸電線路電磁環(huán)境
技術領域：
，特別涉及交直流并行高壓輸電線路下地面電場測量系統(tǒng)的開發(fā)。
背景技術：
：隨著我國電力系統(tǒng)建設的高速發(fā)展，在電站、變電站等電力傳輸密集區(qū)域交直流并行輸電的應用越來越多。特別是特高壓直流電網建設中，一方面換流站出口附近直流交流線路匯于一處，且可能路徑相同，將交直流線路相鄰架設甚至共走廊可以大量節(jié)省占地，并降低設計難度；另一方面新增的長距離跨區(qū)域直流輸電線路如果能共用已有的交流輸電走廊，可以帶來顯著的經濟效益和社會效益。然而交直流并行輸電可能帶來一些負面效應，其中對并行線路附近電磁環(huán)境的污染是必須關注的問題。高壓輸電線路附近電磁環(huán)境污染程度主要用以下物理量衡量無線電干擾、可聽噪聲、一地面電場、地表離子流密度。目前針對以上物理量的測量裝置只適用于單獨的直流線路或交流線路，若直接應用在交直流并行線路則或交直流不能兼顧難以獲得真實值，或不能區(qū)分交流和直流引起的效應難以對主要電磁污染源做出評判。交流和直流線路下地面電場測量裝置原理不同，若使用不同裝置分別測量交流和直流成分則不能保證測量的是同一位置的交流場和直流場；并且交直流并行線路下空間離子流運動引起的非線性效應可能產生非直流或工頻交流的電場，使用傳統(tǒng)的測量方法必然會忽略這部分電場而影響測量準確性。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是為了對交直流并行輸電線路地面電場進行測量，提出一種交直流并行輸電線路地面電場測量系統(tǒng)，可以同時測量外電場同一位置上的直流成分和各種頻率交流成分，可以真實反映交直流并行線路下的地面電場值；并在外電場變化不快的情況下可以對外電場進行實時連續(xù)測量，有利于交直流并行線路電磁環(huán)境的長時間在線檢測。本發(fā)明提出的交直流并行輸電線路地面電場測量系統(tǒng)，其特征在于，主要包括依次相連的旋轉伏特計，示波器和儲存有混合電場分析程序的計算機的三部分；該旋轉伏特計，用于獲得待測交直流并行輸電線路地面電場感應的交變電流；該示波器，用于對所述交變電流的時域信號進行采樣，顯示采樣信號并將采樣結果送至計算機；該儲存有混合電場分析程序的計算機，用于對所述交變電流的時域信號進行傅立針變換，對交變電流的頻譜進行分析，得到測量位置外電場的頻率成分和對應幅值。采用如上述的系統(tǒng)的交直流并行輸電線路地面電場測量方法，其特征在于，包括以下步驟(1)讀取旋轉伏特計校準數(shù)據旋轉伏特計在首次使用前應在已知大小的直流電場中進行校準，得到空間直流電場幅值與感應電流的比值09￡尸(0)作為校準數(shù)據，并將此校準數(shù)據存入計算機，每次測量開始時進行讀?。?2)設置示波器采樣頻率示波器采樣頻率,的取值范圍為式中A^為旋轉伏特計圓盤開孔數(shù)；厶為旋轉伏特計圓盤轉動頻率；乂為示波器采樣點數(shù)；并通過GPIB接口對示波器進行設置；'(3)對采樣數(shù)據進行頻譜分析，搜索峰值頻率控制示波器對旋轉伏特計輸出的感應電流信號進行讀取，得到時域波形；對該感應電流信號的時域波形進行快速傅立葉變換得到感應電流信號的頻譜，查找感應電流信號的頻譜中局部極值點，記錄各峰值頻率/p和峰值幅值/p作為后續(xù)分析的依據；(4)分析所述各峰值頻率，判斷出基頻、差頻、倍頻根據已知的旋轉伏特計圓盤轉動頻率，通過分析各峰值頻率間關系，確定各基頻、差頻、倍頻；(5)計算各基頻外電場幅值利用校準數(shù)據09五F(0)，由信號直流成分與旋轉伏特計轉動頻率的一階調制頻率y;(c)的感應電流值；(c)計算外電場的直流成分五。，由交流成分與旋轉伏特計轉動頻率的一階調制頻率力(5)、/p(/))的感應電流值/p(S)、/pOD)計算外電場的交流成分《；(6)存儲外電場頻譜信息將分析得到的外電場頻譜信息存儲在計算機中備用。本發(fā)明的特點及有益效果本發(fā)明提出的交直流并行輸電線路地面電場測量系統(tǒng)是首次提出對交直流并行線路下混合電場的測量方法，其優(yōu)點是可以同時測量外電場同一位置上的直流成分和各種頻率交流成分，可以真實反映交直流并行線路下的地面電場值；另外本系統(tǒng)在外電場變化不快的情況下可以對外電場進行實時連續(xù)測量，有利于交直流并行線路電磁環(huán)境的長時間在線檢測。采用本發(fā)明成功地用交直流并行輸電線路地面電場測量系統(tǒng)對交直流混合電場進行了測量，測量準確度較高。本發(fā)明為交直流并行線路附近電磁環(huán)境監(jiān)測提供一種工具，同時也為交直流并行線路電磁環(huán)境特性的科學研究提供一種手段。本發(fā)明也可用來測量變化較慢的一般時變電場。圖1為本發(fā)明的交直流并行輸電線路地面電場測量系統(tǒng)組成示意圖。圖2為本發(fā)明的旋轉伏特計結構示意圖。、圖3為本發(fā)明的旋轉伏特計輸出電流信號波形圖。圖4為本發(fā)明的旋轉伏特計輸出電流信號頻譜圖。圖5為采用本發(fā)明的系統(tǒng)的交直流并行輸電線路地面電場測量流程圖。具體實施例方式本發(fā)明提出的交直流并行輸電線路地面電場測量系統(tǒng)，結合附圖及實施例詳細說明如下本發(fā)明的總體結構如圖l所示，包括旋轉伏特計、示波器、存有混合電場分斬程序的計算機三部分，其中該旋轉伏特計，用于獲得待測交直流并行輸電線路地面電場感應的交變電流；該示波器，用于對所述交變電流的時域信號進行采樣，顯示采樣信號并將采樣結果送至計算機；該儲存有混合電場分析程序的計算機，用于對所述交變電流的時域信號進行傅立葉變換，對交變電流的頻譜進行分析，得到測量位置外電場的頻率成分和對應幅值。本發(fā)明各組成部件的實施例結構及功能分別說明如下本發(fā)明的旋轉伏特計結構如圖2所示，其在直流電場測量中應用廣泛，主要由上下放置的兩金屬開孔圓盤l、2、電機3、轉動軸4、接地電刷5、微電流檢測電路6構成。上圓盤通過電機帶動旋轉，并通過軸上的接地電刷接地，下圓盤與轉動軸絕緣，位置固定不變，測量時由于上圓盤的轉動使下圓盤暴露在電場中的面積隨時間變化，感應出交變的電荷，微電流檢測電路與下圓盤相連，檢測出交變電荷形成的交流感應電流，該交流感應電流幅度與空間電場幅度成正比，經校準后即可得到空間電場值。當外電場為直流時，檢測到的感應電流為正弦信號，只要用電流表測量該信號幅度就可以得到空間電場的大小。但當外電場為非直流時，檢測到的感應電流如圖3中曲線a所示，是多頻率分量信號的疊加，難以從中直接對外電場進行分析。但上述電流信號也可以看作外電場與開孔圓盤轉動的調制結果，可以將感應電流信號進行傅立葉變換得到其頻譜，如圖4所示，頻譜中的每個峰位(如圖中A—G)都對應外電場不同頻率分量與葉片轉動頻率調制出的一個頻率(通過選擇合適的葉片轉動頻率和由感應電流頻譜各峰位峰值反推外電場各頻率分量得到)。本發(fā)明的旋轉伏特計的一個實施例具體結構參數(shù)為上下圓盤直徑都為7cm，每個圓盤上等間隔開6個扇形孔，開孔角度為30度，開孔外徑3cm，內徑lcm，上圓盤轉動頻率為50Hz。本發(fā)明的示波器選用Tektronix公司的TDS2024數(shù)字存儲示波器，通過GPIB接口與計算機連接。測量對象為15kV/m直流電場與10kV/m、頻率50Hz交流電場疊加的混合電場。使用計算機中存儲的混合電場分析程序控制示波器、讀取采樣數(shù)據、分析數(shù)據得到外電場信息。本發(fā)明的計算機可采用通用的PC機，要求CPU主頻1.8GHz以上，內存1G以上，安裝有WindowsXP操作系統(tǒng)。本發(fā)明提出的采用上述系統(tǒng)的交直流并行輸電線路地面電場的測量方法流程如圖5所示，包括以下步驟(1)讀取旋轉伏特計校準數(shù)據旋轉伏特計在首次使用前應在已知大小的直流電場中進行校準，得到空間直流電場幅值(以kV/m為單位)與感應電流(以pA為單位)的比值CC^F(0)作為校準數(shù)據，并將此校準數(shù)據存入計算機，每次測量開始時進行讀取，本實施例中COEF(O)=23.562(A^//n/。(2)設置示波器采樣頻率(選擇示波器采樣頻率時既要保證覆蓋主要頻譜，又要保證足夠的頻率分辨率)示波器采樣頻率,的取值范圍為10xA^x/,y^5x乂(1)式中A^為旋轉伏特計圓盤開孔數(shù)(本實施例中為6);厶為旋轉伏特計圓盤轉動頻率(本實施例中為50Hz);乂.為示波器采樣點數(shù)(本實施例中為2500)。故本實施例中示波器采樣頻率,的選擇范圍是3W/zS/'S12.5Wfe，本實施例設置乂=5A/fe，并通過GPIB接口對示波器進行設置；(3)對采樣數(shù)據進行頻譜分析，搜索峰值頻率控制示波器對旋轉伏特計輸出的感應電流信號進行讀取，得到時域波形(如圖3中曲線a所示)；對該感應電流信號的時域波形進行快速傅立葉變換得到感應電流信號的頻譜(如圖4中曲線b所示，頻譜主要由數(shù)個峰值構成，如a—G)，査找感應電流信號的頻譜(曲線b)中局部極值點，記錄各峰值頻率/p和峰值幅值；作為后續(xù)分析的依據；本實施例的峰值a—g的頻率和幅值如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(4)分析所述各峰值頻率，判斷出基頻、差頻、倍頻根據己知的旋轉伏特計圓盤轉動頻率，通過分析各峰值頻率間關系，確定各基頻、差頻、倍頻；本實施例中旋轉伏特計圓盤轉動頻率為x/A=300i/z，對應力(C);由于y;(。=3></p(c)，故力(。為旋轉伏特計圓盤轉動頻率的三倍頻由于/p(d)—//c)-Zp(c)—人(s)-力(g)—人(尸)-y;cF)—力(s)-y;o4)，故《04)為外電場基頻，、為旋轉伏特計圓盤轉動頻率y;(c)與外電場基頻/;(^)的差頻，/"五)、/p(G)為旋轉伏特計圓盤轉動頻率的三倍頻//。與外電場基頻/p(力的差頻。(5)計算各基頻外電場幅值利用校準數(shù)據COEfX0),由信號直流成分與旋轉伏特計轉動頻率的一階調制頻率/p(C)的感應電流值/p(C)計算外電場的直流成分A,由交流成分與旋轉伏特計轉動頻率的一階調制頻率力(5)、力(Z))的感應電流值/,(S)、、(D)計算外電場的交流成分《；本實施例中曲線b中C、F為一頻率族，對應空間電場中的直流電場部分，利用校準數(shù)據COEF(O)，由信號直流成分與旋轉伏特計轉動頻率的一階調制頻率/p(C)的感應電流'值/p(C)計算外電場的直流成分i:。，如式2:&-a^F^x/^o-i^iotr/w)(2)A、B、D、E、G為一頻率族，對應空間電場中的50Hz交流電場部分，由交流成分與旋轉伏特計轉動頻率的一階調制頻率力(巧、力(")的感應電流值/,(習、/,(Z))計算外電場的交流成分《，如式3。A=(CO￡，)x/p(5)+CO五尸(Z))x/p(￡)))/2(3)其中CO￡F(S)=O9￡F(0)x2x/p(C)/=56.548(W/nt//z4)C<9￡F(￡>)=O9￡F(0)x2x力(C)/力(D)=40,392(W/w//i爿)故^=9.97(/^/n)。(6)存儲外電場頻譜信息將分析得到的外電場頻譜信息存儲在計算機中。本實施例分析得到空間電場直流分量14.91kV/m,50Hz交流分量9.97kV/m，與真實值相差在1%以內。權利要求1、一種交直流并行輸電線路地面電場測量系統(tǒng)，其特征在于，主要包括依次相連的旋轉伏特計，示波器和儲存有混合電場分析程序的計算機的三部分；該旋轉伏特計，用于獲得待測交直流并行輸電線路地面電場感應的交變電流；該示波器，用于對所述交變電流的時域信號進行采樣，顯示采樣信號并將采樣結果送至計算機；該儲存有混合電場分析程序的計算機，用于對所述交變電流的時域信號進行傅立葉變換，對交變電流的頻譜進行分析，得到測量位置外電場的頻率成分和對應幅值。2、采用如權利要求1所述的系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，包括以下步驟U)讀取旋轉伏特計校準數(shù)據旋轉伏特計在首次使用前應在已知大小的直流電場中進行校準，得到空間直流電場幅值與感應電流的比值CO5F(0)作為校準數(shù)據，并將此校準數(shù)據存入計算機，每次測量開始時進行讀??；(2)設置示波器采樣頻率示波器采樣頻率義的取值范圍為式中〗人為旋轉伏特計圓盤開孔數(shù)；A為旋轉伏特計圓盤轉動頻率；A^為示波器采樣點數(shù)；并通過GPIB接口對示波器進行設置；(3)對采樣數(shù)據進行頻譜分析，搜索峰值頻率控制示波器對旋轉伏特計輸出的感應電流信號進行讀取，得到時域波形；對該感應電流信號的時域波形進行快速傅立葉變換得到感應電流信號的頻譜，查找感應電流信號的頻譜中局部極值點，記錄各峰值頻率/,和峰值幅值、作為后續(xù)分析的依據；(4)分析所述各峰值頻率，判斷出基頻、差頻、倍頻根據已知的旋轉伏特計圓盤轉動頻率，通過分析各峰值頻率間關系，確定各基頻、差頻、倍頻；(5)計算各基頻外電場幅值利用校準數(shù)據C(9EF(0),由信號直流成分與旋轉伏特計轉動頻率的一階調制頻率力(c)的感應電流值/,(C)計算外電場的直流成分￡。，由交流成分與旋轉伏特計轉動頻率的一階調制頻率力(s)、力(z)的感應電流值/p(s)、；(Z))計算外電場的交流成分《；(6)存儲外電場頻譜信息將分析得到的外電場頻譜信息存儲在計算機中備用。全文摘要本發(fā)明涉及交直流并行輸電線路地面電場測量系統(tǒng)及其測量方法，屬于高壓輸電線路電磁環(huán)境
技術領域：
，該系統(tǒng)主要包括依次相連的旋轉伏特計，示波器和儲存有混合電場分析程序的計算機的三部分；該方法包括讀取旋轉伏特計校準數(shù)據；設置示波器采樣頻率；對采樣數(shù)據進行頻譜分析，搜索峰值頻率；分析所述各峰值頻率，判斷出基頻、差頻、倍頻；計算各基頻外電場幅值；存儲外電場頻譜信息。采用本發(fā)明成功地用交直流并行輸電線路地面電場測量系統(tǒng)對交直流混合電場進行了測量，測量準確度較高。文檔編號G01R29/08GK101419257SQ20081022401公開日2009年4月29日申請日期2008年10月10日優(yōu)先權日2008年10月10日發(fā)明者波張,嶸曾,偉李,王國利,陸國慶,韓偉強申請人:清華大學;南方電網技術研究中心