專利名稱：：高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)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(shù)：
：高壓架空輸電線路對(duì)周圍環(huán)境的不安全因素主要是通過工頻電場產(chǎn)生的，現(xiàn)有技術(shù)中，一般通過采用屏蔽線或屏蔽網(wǎng)的方式消除工頻電場對(duì)周圍環(huán)境的影響。而對(duì)于屏蔽后的工頻電場分布，需要有統(tǒng)一而簡單的分析方法，利于有針對(duì)性的采取屏蔽措施?，F(xiàn)有輸電線路下工頻電磁場計(jì)算軟件主要是進(jìn)行單次的場分布計(jì)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(fā)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(shí)比較計(jì)算多達(dá)8種線型分布情況，以及多達(dá)同塔8回、每相導(dǎo)線12分裂以內(nèi)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(xiàn)有計(jì)算輸電線路下工頻電磁場計(jì)算軟件的比較分析缺陷，通過簡單的方式進(jìn)行分析，能夠充分地考慮輸電線路周圍電磁環(huán)境的安全性，進(jìn)行線路各種情況的比較分析以及線下架設(shè)各種屏蔽裝置后場分布變化的研究，可快捷地對(duì)現(xiàn)有架空高壓輸電線路工頻電場的屏蔽治理提出優(yōu)化方案，從而找出理想的架線方式。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)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(xiàn)有計(jì)算輸電線路下工頻電磁場計(jì)算軟件的比較分析缺陷，通過簡單的方式進(jìn)行分析，能夠保證輸電線路電磁場分布的最大值在計(jì)算結(jié)果所控制的范圍之內(nèi)，以此來分析問題可充分地考慮輸電線路周圍電磁環(huán)境的安全性，可進(jìn)行線路各種情況的比較分析以及線下架設(shè)各種屏蔽裝置后場分布變化的研究，可快捷地對(duì)現(xiàn)有架空高壓輸電線路工頻電場的屏蔽治理提出優(yōu)化方案，從而找出理想的架線方式。本發(fā)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(diǎn)處建立物理模型，以最低點(diǎn)的高度將高壓架空輸電線視為與大地平行的圓形輸電導(dǎo)線；此物理模型為圓形輸電導(dǎo)線的橫截面構(gòu)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(dǎo)體，電位為零，采用模擬電荷法計(jì)算屏蔽狀態(tài)下的高壓架空輸電線的模擬電荷；c利用疊加原理計(jì)算高壓架空輸電線下任意點(diǎn)電場強(qiáng)度；d對(duì)高壓架空輸電線采用不同的屏蔽裝置分別進(jìn)行計(jì)算，得出優(yōu)化的高壓架空輸電線屏蔽效果。進(jìn)一步，步驟b中，計(jì)算屏蔽狀態(tài)下的高壓架空輸電線上的模擬電荷時(shí)，采用電位系數(shù)法，并設(shè)定所有導(dǎo)線的電荷都為集中在導(dǎo)線中心的線電荷，得出下列矩陣方程-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中U為各導(dǎo)線對(duì)地電壓的列向量，導(dǎo)線中包含屏蔽裝置，其中"為輸電導(dǎo)線和避雷裝置數(shù)目的和，m為屏蔽裝置數(shù)目；Q為各導(dǎo)線上等效電荷的列向量，導(dǎo)線中包含屏蔽裝置，其中《為輸電導(dǎo)線和避雷裝置的數(shù)目和，附為屏蔽裝置數(shù)目；入為導(dǎo)線，包括輸電導(dǎo)線、避雷裝置和屏蔽裝置的電位系數(shù)矩陣，此矩陣為w+w階方陣。進(jìn)一步，計(jì)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(duì)地電壓視為零電位；進(jìn)一步，步驟b中，包括以下步驟bl設(shè)定屏蔽狀態(tài)下的模擬電荷，并設(shè)定與模擬電荷數(shù)量相關(guān)的匹配點(diǎn)；b2用模擬電荷法計(jì)算模擬電荷量；b3選取校驗(yàn)點(diǎn)，將步驟b2的模擬電荷量帶入校驗(yàn)點(diǎn)，計(jì)算出電位值，并與己知電位進(jìn)行比較，計(jì)算出絕對(duì)誤差；b4判斷電位差是否達(dá)到要求，如果沒有達(dá)到要求，則修正模擬電荷位置和數(shù)量，重復(fù)步驟bl;進(jìn)一步，步驟b3中，還計(jì)算出相鄰兩次電位值之間的相對(duì)誤差；進(jìn)一步，步驟bl中，首先選定匹配點(diǎn)的位置，然后確定相應(yīng)的模擬電荷的位置，模擬電荷正對(duì)匹配點(diǎn)放置，并落在邊界切線的垂直線上。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，采用將高壓架空輸電線按照弧垂最低點(diǎn)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(jì)算結(jié)果所控制的范圍之內(nèi)，以此來分析問題可充分地考慮輸電線路周圍電磁環(huán)境的安全性；能夠克服現(xiàn)有計(jì)算輸電線路下工頻電磁場計(jì)算軟件的比較分析缺陷，進(jìn)行線路各種情況的比較分析以及線下架設(shè)各種屏蔽裝置后場分布變化的研究，可快捷地對(duì)現(xiàn)有架空高壓輸電線路工頻電場的屏蔽治理提出優(yōu)化方案，從而找出理想的架線方式；根據(jù)本發(fā)明的高壓架空輸電線周圍工頻電場屏蔽效果分析系統(tǒng)，可以同時(shí)比較計(jì)算多達(dá)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(jìn)行架空輸電線每相導(dǎo)線12分裂以內(nèi)及同塔8回以內(nèi)的工頻電場屏蔽分析。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。附圖為本發(fā)明的流程方框圖。具體實(shí)施例方式附圖為本發(fā)明的流程方框圖，如圖所示本實(shí)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(diǎn)處建立物理模型，以最低點(diǎn)的高度將高壓架空輸電線視為與大地平行的圓形輸電導(dǎo)線；此物理模型為圓形輸電導(dǎo)線的橫截面構(gòu)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(jì)算結(jié)果所控制的范圍之內(nèi)，以此來分析問題可充分地考慮輸電線路周圍電磁環(huán)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(dǎo)體，電位為零，采用模擬電荷法計(jì)算屏蔽狀態(tài)下的高壓架空輸電線的模擬電荷；本實(shí)施例中，模擬電荷法主要步驟bl設(shè)定屏蔽狀態(tài)下的模擬電荷，并設(shè)定與模擬電荷數(shù)量相等的匹配點(diǎn)；本步驟中，首先選定匹配點(diǎn)的位置，然后確定相應(yīng)的模擬電荷的位置，模擬電荷正對(duì)匹配點(diǎn)放置，并落在邊界切線的垂直線上；匹配點(diǎn)是在邊界或分界面上人為設(shè)定的一組點(diǎn)，這組點(diǎn)的電位已知或滿足邊界條件，它的個(gè)數(shù)與模擬電荷數(shù)相同且對(duì)應(yīng)；設(shè)定的模擬電荷是為了很好地等效連續(xù)分布的實(shí)際電荷；因此可按照?qǐng)鲈吹奶攸c(diǎn)選擇模擬電荷的類型、大致位置、個(gè)數(shù)，本實(shí)施例中，假定圍繞等效圓心設(shè)定均布的六個(gè)電荷，當(dāng)然也可以是其他數(shù)量，并設(shè)置相應(yīng)的匹配點(diǎn)和校驗(yàn)點(diǎn)；在電場急劇變化的地方或關(guān)心的區(qū)域，匹配點(diǎn)與模擬電荷的數(shù)量適當(dāng)多一些，但是在場的奇點(diǎn)處，不設(shè)置匹配點(diǎn)和模擬電荷，否則會(huì)使方程組無法求解；模擬電荷正對(duì)匹配點(diǎn)放置，并以落在邊界的垂線上為最佳；校驗(yàn)點(diǎn)則是在邊界或分界面上選取的若干點(diǎn)，用于校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的精度，如果不符合計(jì)算要求，則重新修正模擬電荷(包括位置、個(gè)數(shù)和類型)，直到滿足精度要求；計(jì)算屏蔽狀態(tài)下的高壓架空輸電線上的模擬電荷時(shí)，采用電位系數(shù)法，并設(shè)定所有導(dǎo)線的電荷都為集中在導(dǎo)線中心的線電荷，得出下列矩陣方程-<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>式中U為各導(dǎo)線對(duì)地電壓的列向量，導(dǎo)線中包含屏蔽裝置，其中"為輸電導(dǎo)線和避雷裝置數(shù)目的和，m為屏蔽裝置數(shù)目；Q為各導(dǎo)線上等效電荷的列向量，導(dǎo)線中包含屏蔽裝置，其中"為輸電導(dǎo)線和避雷裝置的數(shù)目和，w為屏蔽裝置數(shù)目；入為包括輸電導(dǎo)線、避雷裝置和屏蔽裝置的電位系數(shù)矩陣，此矩陣為"+m階方陣；計(jì)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(duì)地電壓視為零電位；b2用模擬電荷法計(jì)算模擬電荷量；b3選取校驗(yàn)點(diǎn)，將步驟b2的模擬電荷量帶入校驗(yàn)點(diǎn)，計(jì)算出電位值，并與已知電位進(jìn)行比較，計(jì)算出絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差；絕對(duì)誤差是得出電位與已知電位的差，相對(duì)誤差為同點(diǎn)位置兩次結(jié)果的差值；因?yàn)殡娢辉跐M足設(shè)定的絕對(duì)誤差范圍內(nèi)，空間中某點(diǎn)在前后兩次計(jì)算電位可能會(huì)相差較大，那么取何種值就無法判定；為了解決這個(gè)矛盾，便采用計(jì)算相對(duì)誤差的方法，其作用是確定在滿足絕對(duì)誤差條件下得到的模擬電荷所計(jì)算出來的空間某點(diǎn)的電位前后不超出給定的限值，從而確定可信的模擬電荷。b4判斷電位差是否達(dá)到要求，如果沒有達(dá)到要求，則修正模擬電荷位置和數(shù)量，重復(fù)步驟bl;直到電位差達(dá)到設(shè)定范圍內(nèi)；C利用疊加原理計(jì)算高壓架空輸電線(包括輸電導(dǎo)線、屏蔽裝置以及避雷裝置)下任意點(diǎn)電場強(qiáng)度；具體計(jì)算結(jié)果如下-由疊加原理計(jì)算出w+m根導(dǎo)線(包括輸電導(dǎo)線、避雷線和屏蔽線)在空間任意點(diǎn)戶(x,力產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的垂直分量和水平分量-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>-空間任意點(diǎn)尸的坐標(biāo)；一導(dǎo)線/的坐標(biāo)G二l、2、…、m+");導(dǎo)線數(shù)目；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>丄,、丄:——導(dǎo)線i及其鏡象至p點(diǎn)的距離(/=i、2、...、w+")。按正弦電路的相量計(jì)算，將電壓分為實(shí)部分量和虛部分量，模擬電荷亦存在實(shí)部和虛部分量，電場強(qiáng)度的水平分量和垂直分量也有虛部分量和實(shí)部分量。即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>戶點(diǎn)電場強(qiáng)度的水平分量；尸點(diǎn)電場強(qiáng)度的垂直分量；由各導(dǎo)線的實(shí)部電荷在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的水平分量;由各導(dǎo)線的虛部電荷在戶點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的水平分量;由各導(dǎo)線的實(shí)部電荷在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的垂直分量;由各導(dǎo)線的虛部電荷在戶點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的垂直分量。于是尸點(diǎn)的合成場強(qiáng)^為d對(duì)高壓架空輸電線采用不同的屏蔽裝置分別進(jìn)行計(jì)算，得出優(yōu)化的高壓架空輸電線屏蔽效果。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。權(quán)利要求1.一種高壓架空輸電線路工頻電場屏蔽分析方法，其特征在于包括以下步驟a將高壓架空輸電線按照弧垂最低點(diǎn)處建立物理模型，以最低點(diǎn)的高度將高壓架空輸電線視為與大地平行的圓形輸電導(dǎo)線；此物理模型為圓形輸電導(dǎo)線的橫截面構(gòu)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(dǎo)體，電位為零，采用模擬電荷法計(jì)算屏蔽狀態(tài)下的高壓架空輸電線的模擬電荷；c利用疊加原理計(jì)算高壓架空輸電線下任意點(diǎn)電場強(qiáng)度；d對(duì)高壓架空輸電線采用不同的屏蔽裝置分別進(jìn)行計(jì)算，得出優(yōu)化的高壓架空輸電線屏蔽效果。2.根據(jù)權(quán)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，其特征在于步驟b中，計(jì)算屏蔽狀態(tài)下的高壓架空輸電線上的模擬電荷時(shí)，采用電位系數(shù)法，并設(shè)定所有導(dǎo)線的電荷都為集中在導(dǎo)線中心的線電荷，得出下列M<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中U為各導(dǎo)線對(duì)地電壓的列向量，導(dǎo)線中包含屏蔽裝置，其中"為輸電導(dǎo)線和避雷裝置數(shù)目的和，w為屏蔽裝置數(shù)目；Q為各導(dǎo)線上等效電荷的列向量，導(dǎo)線中包含屏蔽裝置，其中w為輸電導(dǎo)線和避雷裝置的數(shù)目和，w為屏蔽裝置數(shù)目；入為導(dǎo)線，包括輸電導(dǎo)線、避雷裝置和屏蔽裝置的電位系數(shù)矩陣，此矩陣為"+m階方陣。3.根據(jù)權(quán)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，其特征在于計(jì)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(duì)地電壓視為零電位。4.根據(jù)權(quán)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，其特征在于步驟b中，包括以下步驟bl設(shè)定屏蔽狀態(tài)下的模擬電荷，并設(shè)定與模擬電荷數(shù)量相關(guān)的匹配點(diǎn)；b2用模擬電荷法計(jì)算模擬電荷量；b3選取校驗(yàn)點(diǎn)，將步驟b2的模擬電荷量帶入校驗(yàn)點(diǎn)，計(jì)算出電位值，并與已知電位進(jìn)行比較，計(jì)算出絕對(duì)誤差；b4判斷電位差是否達(dá)到要求，如果沒有達(dá)到要求，則修正模擬電荷位置和數(shù)量，重復(fù)步驟bl。5.根據(jù)權(quán)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，其特征在于步驟b3中，還計(jì)算出相鄰兩次電位值之間的相對(duì)誤差。6.根據(jù)權(quán)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，其特征在于步驟bl中，首先選定匹配點(diǎn)的位置，然后確定相應(yīng)的模擬電荷的位置，模擬電荷正對(duì)匹配點(diǎn)放置，并落在邊界切線的垂直線上。全文摘要本發(fā)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(diǎn)處建立物理模型，以最低點(diǎn)的高度將高壓架空輸電線視為與大地平行的圓形輸電導(dǎo)線；此物理模型為圓形輸電導(dǎo)線的橫截面構(gòu)成的二維物理模型，利用模擬電荷法計(jì)算出屏蔽情況下高壓架空輸電線下任意點(diǎn)電場強(qiáng)度，本發(fā)明采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(jì)算結(jié)果所控制的范圍之內(nèi)，以此來分析問題可充分地考慮輸電線路周圍電磁環(huán)境的安全性；能夠進(jìn)行線路各種情況的比較分析以及線下架設(shè)各種屏蔽裝置后場分布變化的研究，可快捷地對(duì)現(xiàn)有架空高壓輸電線路工頻電場的屏蔽治理提出優(yōu)化方案，從而找出理想的架線方式。文檔編號(hào)G01R29/08GK101349720SQ200810070198公開日2009年1月21日申請(qǐng)日期2008年8月28日優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日發(fā)明者徐祿文,李永明申請(qǐng)人:重慶電力科學(xué)試驗(yàn)研究院