技術(shù)特征：

1.一種輸電線路縮尺等效物理實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)首先設(shè)定輸電線路縮尺的等效物理實(shí)驗(yàn)是以超遠(yuǎn)距離、大容量的半波長(zhǎng)3000km的輸電方式，半波長(zhǎng)輸電線路的尺寸等于光速在一個(gè)周期內(nèi)的傳播距離，即λ＝3×10⁸/f(m) (1)

式中，f以Hz為單位，

半波長(zhǎng)為

$\frac{\mathrm{\λ}}{2}=15\×{10}^4/f\left(km\right)---\left(2\right)$

2)描述輸電線路的主要參數(shù)是傳播常數(shù)γ和特征阻抗Zc，

$\mathrm{\γ}=\sqrt{ZY}=\mathrm{\α}+j\mathrm{\β}---\left(3\right)$

$Z_C=\sqrt{\frac{Z}{Y}}---\left(4\right)$

其中，輸電線路的單位長(zhǎng)阻抗Z＝R+jωL，導(dǎo)納Y＝G+jωC；R為單位長(zhǎng)電阻，L為電感，G為電導(dǎo)和C為電容，ω為頻率；

輸電線路縮尺等效物理實(shí)驗(yàn)的縮尺倍數(shù)與頻率及半波長(zhǎng)的關(guān)系如表1所示，

表1頻率、半波長(zhǎng)以及縮尺倍數(shù)的關(guān)系

3)輸電線路上的電壓、電流分布的形式表示為

U(z)＝U₊e^-γz+U_-e^γz (5)

$I\left(z\right)=\frac{U_{+}{e}^{-\mathrm{\γ}z}}{Z_c}-\frac{U_{-}{e}^{\mathrm{\γ}z}}{Z_c}---\left(6\right)$

其中入射波振幅U₊和反射波振幅U_-的具體值取決于輸電線路端接電源的強(qiáng)度和負(fù)載的阻抗；

4)將半波長(zhǎng)輸電線路的尺寸縮短到1/N，為了保證波形的不變，則將傳播常數(shù)γ增大N倍，同時(shí)特征阻抗Zc保持不變，即

γ→Nγ (7)

Z_c→Z_c (8)

由于

$\mathrm{\γ}=\sqrt{(R+j\mathrm{\ω}L)(G+j\mathrm{\ω}C)}---\left(9\right)$

$Z_C=\sqrt{\frac{R+j\mathrm{\ω}L}{G+j\mathrm{\ω}C}}---\left(10\right)$

為了達(dá)到上述效果，應(yīng)有：

ω→Nω (11)

L→L (12)

C→C (13)

R→NR (14)

因此，ω頻率需要提高到N倍，同時(shí)保證單位長(zhǎng)L和C保持不變，由此要求：

(1)輸電線路的縱向長(zhǎng)度(即半波長(zhǎng)輸電線路的長(zhǎng)度)縮減到之前的1/N；

(2)輸電線路的橫向尺寸：對(duì)地高度、不同導(dǎo)線之間的間距，以及導(dǎo)線的半徑均需等比例縮減，即縮減到之前的1/N₁；

(3)導(dǎo)線的電導(dǎo)率增加到之前的N₂倍，以保證單位長(zhǎng)度的電阻正好增加N倍。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種輸電線路縮尺等效物理實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述保證單位長(zhǎng)度的電阻正好增加N倍，則N₁和N₂滿足

$R=\frac{1}{{\mathrm{\σ\πr}}_w^2},R^{\′}=\frac{1}{N_2\mathrm{\σ}\mathrm{\π}{(r_w/N_1)}^2}---\left(22\right)$

$R^{\′}=NR\⇒N_2=N_1^2/N---\left(23\right)$

上面的計(jì)算沒(méi)有考慮集膚效應(yīng)，即使考慮集膚效應(yīng)，式(23)給出的關(guān)系也是成立的，過(guò)程如下：

$R=\frac{1}{2{\mathrm{\πr}}_w\mathrm{\σ}\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}\mathrm{\σ}}}}=\frac{1}{2{\mathrm{\πr}}_w\sqrt{\frac{2\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}}}},R^{\′}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\frac{r_w}{N_1}\sqrt{\frac{2N_2\mathrm{\σ}}{{\mathrm{\ω}}_2\mathrm{\μ}}}}---\left(24\right)$

ω₂＝Nω,

式中μ為磁導(dǎo)率、σ為導(dǎo)體電導(dǎo)率；

因此，式(23)給出了導(dǎo)線半徑縮尺倍數(shù)和電導(dǎo)率增加倍數(shù)應(yīng)滿足一定的協(xié)同關(guān)系。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種輸電線路縮尺等效物理實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述導(dǎo)線半徑縮尺倍數(shù)和電導(dǎo)率增加倍數(shù)應(yīng)滿足的協(xié)同關(guān)系的具體的縮尺方案為：

縮尺方案1：等比例縮尺

等比例縮尺是指導(dǎo)線半徑以及線路橫向尺寸的縮尺程度與長(zhǎng)度縮尺程度相同，即：

N₁＝N

N₂＝N (26)

此時(shí)，導(dǎo)線的電導(dǎo)率需等比例增加N倍；

縮尺方案2：等電導(dǎo)率縮尺

等電導(dǎo)率縮尺是指導(dǎo)線的電導(dǎo)率不變，即：

N₂＝1

$N_1=\sqrt{N}---\left(27\right)$

此時(shí)，導(dǎo)線的橫向尺寸縮尺比例為縱向尺寸縮尺比例的平方根；

縮尺方案3：等半徑縮尺

等半徑縮尺是指導(dǎo)線的半徑，線路的橫向尺寸保持不變，即：

N₁＝1

N₂＝1/N (28)

此時(shí)，導(dǎo)線的電導(dǎo)率需等比例減小到1/N；

實(shí)際中，導(dǎo)線都采用金屬材料，其電導(dǎo)率幾乎不能改變，因此，

縮尺方案2：等電導(dǎo)率縮尺；

由于要改變導(dǎo)線的電導(dǎo)率，縮尺方案2的等電導(dǎo)率縮尺不易實(shí)現(xiàn)；因此優(yōu)選縮尺方案2的等電導(dǎo)率縮尺方案，其中，線路橫向尺寸同時(shí)縮減到之前的導(dǎo)線電導(dǎo)率不變，線路長(zhǎng)度縮短N(yùn)倍，頻率提高N倍時(shí)，線路單位長(zhǎng)L和C保持不變。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種輸電線路縮尺等效物理實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，自電位系數(shù)P_ii和互電位系數(shù)P_ij分別為：

$P_{ii}=\frac{1}{2{\mathrm{\π\ϵ}}_0}ln\frac{2y_i}{r_i}---\left(29\right)$

$P_{ij}=\frac{1}{2{\mathrm{\π\ϵ}}_0}ln\frac{\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i+y_j)}^2}}{\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i-y_j)}^2}}---\left(30\right)$

q＝P^-1u＝Cu,Y＝j(luò)ωC (31)

式中q為線電荷密度，u為導(dǎo)線對(duì)地電壓，P為電位系數(shù)矩陣；

由上式可見(jiàn)，線路橫向參數(shù)x、y、r都縮減到之前的時(shí)，P_ii和P_ij都不變，因此線路單位長(zhǎng)C在縮尺前后保持不變；

自阻抗Z_ii和互阻抗Z_ij的計(jì)算公式如下：

$\begin{array}{c}{Z}_{ii}=j\mathrm{\ω}\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{2\mathrm{\π}}ln\frac{2(y_i+p)}{r_i}+\frac{1}{2{\mathrm{\πr}}_i}{\left(\frac{j\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}}{{\mathrm{\σ}}_i}\right)}^{1/2}\frac{I_0\left(r_i\sqrt{{\mathrm{j\ω\μ\σ}}_i}\right)}{I_1\left(r_i\sqrt{{\mathrm{j\ω\μ\σ}}_i}\right)}\\ =j\mathrm{\ω}L+R\end{array}---\left(33\right)$

$\begin{array}{c}{Z}_{ij}=j\mathrm{\ω}\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{2\mathrm{\π}}ln\frac{\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i+y_j+2p)}^2}}{\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i-y_j)}^2}}\\ =j\mathrm{\ω}L\end{array}---\left(33\right)$

$p={\left(\sqrt{j\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}\mathrm{\σ}}\right)}^{-1}---\left(34\right)$

式中p為電磁波在大地中的復(fù)透射深度，μ為磁導(dǎo)率、σ為電導(dǎo)率；

由上式可見(jiàn)，線路橫向參數(shù)x、y、r都縮減到之前的p縮減到之前的μ₀不變，因此線路單位長(zhǎng)L在縮尺前后保持不變。