專利名稱：：高壓架空輸電線路工頻電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)對(duì)周圍環(huán)境的影響。而對(duì)于屏蔽后的工頻電場(chǎng)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(chǎng)計(jì)算軟件主要是進(jìn)行單次的場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度的水平分量；尸點(diǎn)電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)的垂直分量。于是尸點(diǎn)的合成場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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