[发明专利]一种基于树木电气特性对输电线路电场屏蔽的研究方法

说明书

本发明涉及全面和深入地了解树木对输电线路电场的屏蔽效果，以预防高电磁辐射对人体造成危害。选择兴安落叶松和杨树作为研究对象，用PiCUS树木电阻抗断层成像仪测量树木不同高度处的电阻率，用HI－3604工频电磁场测量仪测量输电线路下两树周围的电场强度，并结合树木电阻率的测量结果建立模型，用有限元分析软件计算树木周围的电场强度，将计算结果与实际测量数据进行验证和对比，论证了有限元法分析的可行性。

技术领域

本发明属于输电线路电场屏蔽领域，涉及一种基于树木电气特性对输电线路电场屏蔽的研究方法

背景技术

随着我国经济和工业化的高速发展，大型建筑群增多，城市用电量增加，目前我国的电网结构已经满足不了我国国民经济快速发展所需要的电力供应，急需建立更多的输电系统。然而，有些电网需通过植被茂密的地区和居民区，近年的研究发现，输电线下的工频电场对居民的神经系统会有一定的负作用，影响居民的身体健康。郭键锋等对110kV架空输电线周围的植物对其工频电场和磁场分布的影响研究时发现，植物对工频电场的削弱作用明显，特别是高大树木对工频电场的削弱率达90％以上，可有效降低电场对人体的危害程度。因此，深入了解树木电气特性，探究不同树种对输电线路下电场的影响，对于预防电磁辐射，保护人们的身体健康具有重要意义，研究结果也可以为穿越树林的高压输电线路设计建造提供参考依据。国内外学者对高压输电线下的电磁辐射进行了大量研究，但研究对象大多是建筑物和人体，很少对输电线路下的树木进行研究。德国基尔大学Hagrey获取了树干单个截面的二维电阻率分布图像；鲍震宇、王兴龙将树木电阻率测量应用于树木的无损检测；孙丽萍等研究了树木介电常数对工频电场的影响；吴高强指出了树木对输电线路电场的削弱作用；郭键锋等对城市典型110k V架空输电线路相同工况下无植被区域、草坪、灌木、高大树木等四个不同区域的工频电场和磁场进行了监测和分析，得出了树木对输电线下电场削弱作用明显的结论；Hanafym用电荷模拟法研究了树木高度和等效半径对输电线下电场屏蔽的影响。这些研究都是由实际测量的数据直接得出结论，或者是由某种方法计算得出的结论，均没有结合实际测量的树木电阻率和介电常数建模仿真，不能得到树木周围任意一点的电场强度，也无法定位和得到电场强度最大值，有一定的局限性。本文选取针叶林和阔叶林两个差异较大的树种，通过实地测量和有限元建模仿真方法，分析有树木和无树木两种情况下，电场强度随树木和输电线距离变化的情况，阐述树木对电场的削弱作用，并论证使用有限元法研究树木对高压输电线下电场影响的合理性。

发明内容

兴安落叶松是目前东北地区分布较广的树种之一，杨树是我国绿化、木材、防护林的主要品种。选取东北林业大学林场内高压输电线下常见的兴安落叶松和杨树两个树种作为此次室外测量的试验材料。树木生长良好，树干较粗具有一定的代表性。

测量原理和方法：采用PICUS树木电阻抗断层成像仪来测量树木电阻率，PICUS树木电阻抗断层成像仪是基于电阻断层成像(ERT)技术研制的一种树木电阻抗检测仪器。电阻断层成像(ERT)技术的工作方式是电流激励、电压测量，交变电流通过一对电极施加到被测立木上，当立木内的电阻率分布变化时，电流场的分布会随之变化，引起立木外周上的测量电压也发生变化，立木外周测量电压的变化情况反映了电阻的变化，根据立木外周的测量电压，通过一定的成像算法，可以重建立木截面的电阻率分布，测量结果以二维图像的形式呈现。电阻断层成像(ERT)技术作为电阻抗断层成像(EIT)技术的一种，在植物块茎、根系生长监测和树木无损检测方面得到广泛应用。实际测量中，沿树木横截面方向，根据所测树木树干的周长12等分，每一等分处钉入本次测量所使用的电极。沿树木高度方向，测量范围0～2m，为此将2m的树干5等分，每次测量的高度差为0.4m。电极选用不锈钢钉，长度约为0.05m，每次钉入树木2/3左右，确保不锈钢钉能够穿透树皮进入木质层，逐一安置所有传感器至电极上。传感器不能跳跃安装，以避免试验过程和仪器的干扰，保证测量结果的可靠性。