高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法

2023-11-11 12:05:32 2

專利名稱：：高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法
技術領域：
：本發明涉及一種輸電線路安全性分析方法，特別涉及一種高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法。
背景技術：
：高壓架空輸電線路對周圍環境的不安全因素主要是通過工頻電場產生的，現有技術中，一般通過採用屏蔽線或屏蔽網的方式消除工頻電場對周圍環境的影響。而對於屏蔽後的工頻電場分布，需要有統一而簡單的分析方法，利於有針對性的採取屏蔽措施。現有輸電線路下工頻電磁場計算軟體主要是進行單次的場分布計算，在比較分析多種輸電線(屏蔽)情況下就顯得效率不高，也缺乏直觀性，而本發明涉及的一種高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法能克服該缺陷，可以同時比較計算多達8種線型分布情況，以及多達同塔8回、每相導線12分裂以內的的高壓輸電線路工頻電場分布及屏蔽效果。因此，需要一種高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，能夠克服現有計算輸電線路下工頻電磁場計算軟體的比較分析缺陷，通過簡單的方式進行分析，能夠充分地考慮輸電線路周圍電磁環境的安全性，進行線路各種情況的比較分析以及線下架設各種屏蔽裝置後場分布變化的研究，可快捷地對現有架空高壓輸電線路工頻電場的屏蔽治理提出優化方案，從而找出理想的架線方式。
發明內容有鑑於此，本發明的目的是提供一種高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，能夠克服現有計算輸電線路下工頻電磁場計算軟體的比較分析缺陷，通過簡單的方式進行分析，能夠保證輸電線路電磁場分布的最大值在計算結果所控制的範圍之內，以此來分析問題可充分地考慮輸電線路周圍電磁環境的安全性，可進行線路各種情況的比較分析以及線下架設各種屏蔽裝置後場分布變化的研究，可快捷地對現有架空高壓輸電線路工頻電場的屏蔽治理提出優化方案，從而找出理想的架線方式。本發明的高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法包括以下步驟-a將高壓架空輸電線按照弧垂最低點處建立物理模型，以最低點的高度將高壓架空輸電線視為與大地平行的圓形輸電導線；此物理模型為圓形輸電導線的橫截面構成的二維物理模型；b利用步驟a中建立的二維物理模型，視大地為良導體，電位為零，採用模擬電荷法計算屏蔽狀態下的高壓架空輸電線的模擬電荷；c利用疊加原理計算高壓架空輸電線下任意點電場強度；d對高壓架空輸電線採用不同的屏蔽裝置分別進行計算，得出優化的高壓架空輸電線屏蔽效果。進一步，步驟b中，計算屏蔽狀態下的高壓架空輸電線上的模擬電荷時，採用電位係數法，並設定所有導線的電荷都為集中在導線中心的線電荷，得出下列矩陣方程-formulaseeoriginaldocumentpage5式中U為各導線對地電壓的列向量，導線中包含屏蔽裝置，其中"為輸電導線和避雷裝置數目的和，m為屏蔽裝置數目；Q為各導線上等效電荷的列向量，導線中包含屏蔽裝置，其中《為輸電導線和避雷裝置的數目和，附為屏蔽裝置數目；入為導線，包括輸電導線、避雷裝置和屏蔽裝置的電位係數矩陣，此矩陣為w+w階方陣。進一步，計算模擬電荷的矩陣方程中，避雷裝置和屏蔽裝置良好接地，避雷裝置的電壓視為零電位；屏蔽裝置的對地電壓視為零電位；進一步，步驟b中，包括以下步驟bl設定屏蔽狀態下的模擬電荷，並設定與模擬電荷數量相關的匹配點；b2用模擬電荷法計算模擬電荷量；b3選取校驗點，將步驟b2的模擬電荷量帶入校驗點，計算出電位值，並與己知電位進行比較，計算出絕對誤差；b4判斷電位差是否達到要求，如果沒有達到要求，則修正模擬電荷位置和數量，重複步驟bl;進一步，步驟b3中，還計算出相鄰兩次電位值之間的相對誤差；進一步，步驟bl中，首先選定匹配點的位置，然後確定相應的模擬電荷的位置，模擬電荷正對匹配點放置，並落在邊界切線的垂直線上。本發明的有益效果是本發明的高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，採用將高壓架空輸電線按照弧垂最低點處建立物理模型的簡化方式，這種簡化處理方式能夠保證了輸電線路電磁場分布的最大值在計算結果所控制的範圍之內，以此來分析問題可充分地考慮輸電線路周圍電磁環境的安全性；能夠克服現有計算輸電線路下工頻電磁場計算軟體的比較分析缺陷，進行線路各種情況的比較分析以及線下架設各種屏蔽裝置後場分布變化的研究，可快捷地對現有架空高壓輸電線路工頻電場的屏蔽治理提出優化方案，從而找出理想的架線方式；根據本發明的高壓架空輸電線周圍工頻電場屏蔽效果分析系統，可以同時比較計算多達8種不同屏蔽情況下的高壓輸電線路工頻電場分布，能夠進行架空輸電線每相導線12分裂以內及同塔8回以內的工頻電場屏蔽分析。下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。附圖為本發明的流程方框圖。具體實施例方式附圖為本發明的流程方框圖，如圖所示本實施例的高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，包括以下步驟a將高壓架空輸電線按照弧垂最低點處建立物理模型，以最低點的高度將高壓架空輸電線視為與大地平行的圓形輸電導線；此物理模型為圓形輸電導線的橫截面構成的二維物理模型；這種簡化處理方式能夠保證了輸電線路電磁場分布的最大值在計算結果所控制的範圍之內，以此來分析問題可充分地考慮輸電線路周圍電磁環境的安全性；b利用步驟a中建立的二維物理模型，視大地為良導體，電位為零，採用模擬電荷法計算屏蔽狀態下的高壓架空輸電線的模擬電荷；本實施例中，模擬電荷法主要步驟bl設定屏蔽狀態下的模擬電荷，並設定與模擬電荷數量相等的匹配點；本步驟中，首先選定匹配點的位置，然後確定相應的模擬電荷的位置，模擬電荷正對匹配點放置，並落在邊界切線的垂直線上；匹配點是在邊界或分界面上人為設定的一組點，這組點的電位已知或滿足邊界條件，它的個數與模擬電荷數相同且對應；設定的模擬電荷是為了很好地等效連續分布的實際電荷；因此可按照場源的特點選擇模擬電荷的類型、大致位置、個數，本實施例中，假定圍繞等效圓心設定均布的六個電荷，當然也可以是其他數量，並設置相應的匹配點和校驗點；在電場急劇變化的地方或關心的區域，匹配點與模擬電荷的數量適當多一些，但是在場的奇點處，不設置匹配點和模擬電荷，否則會使方程組無法求解；模擬電荷正對匹配點放置，並以落在邊界的垂線上為最佳；校驗點則是在邊界或分界面上選取的若干點，用於校驗計算結果的精度，如果不符合計算要求，則重新修正模擬電荷(包括位置、個數和類型)，直到滿足精度要求；計算屏蔽狀態下的高壓架空輸電線上的模擬電荷時，採用電位係數法，並設定所有導線的電荷都為集中在導線中心的線電荷，得出下列矩陣方程-tableseeoriginaldocumentpage8式中U為各導線對地電壓的列向量，導線中包含屏蔽裝置，其中"為輸電導線和避雷裝置數目的和，m為屏蔽裝置數目；Q為各導線上等效電荷的列向量，導線中包含屏蔽裝置，其中"為輸電導線和避雷裝置的數目和，w為屏蔽裝置數目；入為包括輸電導線、避雷裝置和屏蔽裝置的電位係數矩陣，此矩陣為"+m階方陣；計算模擬電荷的矩陣方程中，避雷裝置和屏蔽裝置良好接地，避雷裝置的電壓視為零電位；屏蔽裝置的對地電壓視為零電位；b2用模擬電荷法計算模擬電荷量；b3選取校驗點，將步驟b2的模擬電荷量帶入校驗點，計算出電位值，並與已知電位進行比較，計算出絕對誤差和相對誤差；絕對誤差是得出電位與已知電位的差，相對誤差為同點位置兩次結果的差值；因為電位在滿足設定的絕對誤差範圍內，空間中某點在前後兩次計算電位可能會相差較大，那麼取何種值就無法判定；為了解決這個矛盾，便採用計算相對誤差的方法，其作用是確定在滿足絕對誤差條件下得到的模擬電荷所計算出來的空間某點的電位前後不超出給定的限值，從而確定可信的模擬電荷。b4判斷電位差是否達到要求，如果沒有達到要求，則修正模擬電荷位置和數量，重複步驟bl;直到電位差達到設定範圍內；C利用疊加原理計算高壓架空輸電線(包括輸電導線、屏蔽裝置以及避雷裝置)下任意點電場強度；具體計算結果如下-由疊加原理計算出w+m根導線(包括輸電導線、避雷線和屏蔽線)在空間任意點戶(x,力產生的電場強度的垂直分量和水平分量-formulaseeoriginaldocumentpage9式中formulaseeoriginaldocumentpage9-空間任意點屍的坐標；一導線/的坐標G二l、2、…、m+");導線數目；formulaseeoriginaldocumentpage9丄,、丄:——導線i及其鏡象至p點的距離(/=i、2、...、w+")。按正弦電路的相量計算，將電壓分為實部分量和虛部分量，模擬電荷亦存在實部和虛部分量，電場強度的水平分量和垂直分量也有虛部分量和實部分量。即formulaseeoriginaldocumentpage9戶點電場強度的水平分量；屍點電場強度的垂直分量；由各導線的實部電荷在P點產生的場強的水平分量;由各導線的虛部電荷在戶點產生的場強的水平分量;由各導線的實部電荷在P點產生的場強的垂直分量;由各導線的虛部電荷在戶點產生的場強的垂直分量。於是屍點的合成場強^為d對高壓架空輸電線採用不同的屏蔽裝置分別進行計算，得出優化的高壓架空輸電線屏蔽效果。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。權利要求1.一種高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，其特徵在於包括以下步驟a將高壓架空輸電線按照弧垂最低點處建立物理模型，以最低點的高度將高壓架空輸電線視為與大地平行的圓形輸電導線；此物理模型為圓形輸電導線的橫截面構成的二維物理模型；b利用步驟a中建立的二維物理模型，視大地為良導體，電位為零，採用模擬電荷法計算屏蔽狀態下的高壓架空輸電線的模擬電荷；c利用疊加原理計算高壓架空輸電線下任意點電場強度；d對高壓架空輸電線採用不同的屏蔽裝置分別進行計算，得出優化的高壓架空輸電線屏蔽效果。2.根據權利要求1所述的高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，其特徵在於步驟b中，計算屏蔽狀態下的高壓架空輸電線上的模擬電荷時，採用電位係數法，並設定所有導線的電荷都為集中在導線中心的線電荷，得出下列Mformulaseeoriginaldocumentpage2式中U為各導線對地電壓的列向量，導線中包含屏蔽裝置，其中"為輸電導線和避雷裝置數目的和，w為屏蔽裝置數目；Q為各導線上等效電荷的列向量，導線中包含屏蔽裝置，其中w為輸電導線和避雷裝置的數目和，w為屏蔽裝置數目；入為導線，包括輸電導線、避雷裝置和屏蔽裝置的電位係數矩陣，此矩陣為"+m階方陣。3.根據權利要求2所述的高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，其特徵在於計算模擬電荷的矩陣方程中，避雷裝置和屏蔽裝置良好接地，避雷裝置的電壓視為零電位；屏蔽裝置的對地電壓視為零電位。4.根據權利要求3所述的高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，其特徵在於步驟b中，包括以下步驟bl設定屏蔽狀態下的模擬電荷，並設定與模擬電荷數量相關的匹配點；b2用模擬電荷法計算模擬電荷量；b3選取校驗點，將步驟b2的模擬電荷量帶入校驗點，計算出電位值，並與已知電位進行比較，計算出絕對誤差；b4判斷電位差是否達到要求，如果沒有達到要求，則修正模擬電荷位置和數量，重複步驟bl。5.根據權利要求4所述的高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，其特徵在於步驟b3中，還計算出相鄰兩次電位值之間的相對誤差。6.根據權利要求5所述的高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，其特徵在於步驟bl中，首先選定匹配點的位置，然後確定相應的模擬電荷的位置，模擬電荷正對匹配點放置，並落在邊界切線的垂直線上。全文摘要本發明公開了一種高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，將高壓架空輸電線按照弧垂最低點處建立物理模型，以最低點的高度將高壓架空輸電線視為與大地平行的圓形輸電導線；此物理模型為圓形輸電導線的橫截面構成的二維物理模型，利用模擬電荷法計算出屏蔽情況下高壓架空輸電線下任意點電場強度，本發明採用的簡化處理方式能夠保證了輸電線路電磁場分布的最大值在計算結果所控制的範圍之內，以此來分析問題可充分地考慮輸電線路周圍電磁環境的安全性；能夠進行線路各種情況的比較分析以及線下架設各種屏蔽裝置後場分布變化的研究，可快捷地對現有架空高壓輸電線路工頻電場的屏蔽治理提出優化方案，從而找出理想的架線方式。文檔編號G01R29/08GK101349720SQ200810070198公開日2009年1月21日申請日期2008年8月28日優先權日2008年8月28日發明者徐祿文,李永明申請人:重慶電力科學試驗研究院