[發明專利]一種基于樹木電氣特性對輸電線路電場屏蔽的研究方法

在審

• 申請號: 202010115465.7
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111273090A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 曲惠澤
• 申請（專利權）人: 東北農業大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G01R27/02;G01N27/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及全面和深入地了解樹木對輸電線路電場的屏蔽效果，以預防高電磁輻射對人體造成危害。選擇興安落葉松和楊樹作為研究對象，用PiCUS樹木電阻抗斷層成像儀測量樹木不同高度處的電阻率，用HI－3604工頻電磁場測量儀測量輸電線路下兩樹周圍的電場強度，并結合樹木電阻率的測量結果建立模型，用有限元分析軟件計算樹木周圍的電場強度，將計算結果與實際測量數據進行驗證和對比，論證了有限元法分析的可行性。

技術領域

本發明屬于輸電線路電場屏蔽領域，涉及一種基于樹木電氣特性對輸電線路電場屏蔽的研究方法

背景技術

隨著我國經濟和工業化的高速發展，大型建筑群增多，城市用電量增加，目前我國的電網結構已經滿足不了我國國民經濟快速發展所需要的電力供應，急需建立更多的輸電系統。然而，有些電網需通過植被茂密的地區和居民區，近年的研究發現，輸電線下的工頻電場對居民的神經系統會有一定的負作用，影響居民的身體健康。郭鍵鋒等對110kV架空輸電線周圍的植物對其工頻電場和磁場分布的影響研究時發現，植物對工頻電場的削弱作用明顯，特別是高大樹木對工頻電場的削弱率達90％以上，可有效降低電場對人體的危害程度。因此，深入了解樹木電氣特性，探究不同樹種對輸電線路下電場的影響，對于預防電磁輻射，保護人們的身體健康具有重要意義，研究結果也可以為穿越樹林的高壓輸電線路設計建造提供參考依據。國內外學者對高壓輸電線下的電磁輻射進行了大量研究，但研究對象大多是建筑物和人體，很少對輸電線路下的樹木進行研究。德國基爾大學Hagrey獲取了樹干單個截面的二維電阻率分布圖像；鮑震宇、王興龍將樹木電阻率測量應用于樹木的無損檢測；孫麗萍等研究了樹木介電常數對工頻電場的影響；吳高強指出了樹木對輸電線路電場的削弱作用；郭鍵鋒等對城市典型110k V架空輸電線路相同工況下無植被區域、草坪、灌木、高大樹木等四個不同區域的工頻電場和磁場進行了監測和分析，得出了樹木對輸電線下電場削弱作用明顯的結論；Hanafym用電荷模擬法研究了樹木高度和等效半徑對輸電線下電場屏蔽的影響。這些研究都是由實際測量的數據直接得出結論，或者是由某種方法計算得出的結論，均沒有結合實際測量的樹木電阻率和介電常數建模仿真，不能得到樹木周圍任意一點的電場強度，也無法定位和得到電場強度最大值，有一定的局限性。本文選取針葉林和闊葉林兩個差異較大的樹種，通過實地測量和有限元建模仿真方法，分析有樹木和無樹木兩種情況下，電場強度隨樹木和輸電線距離變化的情況，闡述樹木對電場的削弱作用，并論證使用有限元法研究樹木對高壓輸電線下電場影響的合理性。

發明內容

興安落葉松是目前東北地區分布較廣的樹種之一，楊樹是我國綠化、木材、防護林的主要品種。選取東北林業大學林場內高壓輸電線下常見的興安落葉松和楊樹兩個樹種作為此次室外測量的試驗材料。樹木生長良好，樹干較粗具有一定的代表性。

測量原理和方法：采用PICUS樹木電阻抗斷層成像儀來測量樹木電阻率，PICUS樹木電阻抗斷層成像儀是基于電阻斷層成像(ERT)技術研制的一種樹木電阻抗檢測儀器。電阻斷層成像(ERT)技術的工作方式是電流激勵、電壓測量，交變電流通過一對電極施加到被測立木上，當立木內的電阻率分布變化時，電流場的分布會隨之變化，引起立木外周上的測量電壓也發生變化，立木外周測量電壓的變化情況反映了電阻的變化，根據立木外周的測量電壓，通過一定的成像算法，可以重建立木截面的電阻率分布，測量結果以二維圖像的形式呈現。電阻斷層成像(ERT)技術作為電阻抗斷層成像(EIT)技術的一種，在植物塊莖、根系生長監測和樹木無損檢測方面得到廣泛應用。實際測量中，沿樹木橫截面方向，根據所測樹木樹干的周長12等分，每一等分處釘入本次測量所使用的電極。沿樹木高度方向，測量范圍0～2m，為此將2m的樹干5等分，每次測量的高度差為0.4m。電極選用不銹鋼釘，長度約為0.05m，每次釘入樹木2/3左右，確保不銹鋼釘能夠穿透樹皮進入木質層，逐一安置所有傳感器至電極上。傳感器不能跳躍安裝，以避免試驗過程和儀器的干擾，保證測量結果的可靠性。