一種特高壓工頻電磁場對人體生物效應的計算方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及特高壓工頻電磁場領域，特別是一種計算特高壓工頻電磁場對人體生 物效應的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力事業(yè)的快速發(fā)展，為了在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)能源優(yōu)化配置、緩解電力供需 緊張狀況、提高輸電效率，我國將輸電電壓的等級不斷提高。而在高壓與超高壓輸變電工 程建成投運后，公眾對高壓輸電的電磁環(huán)境的關注度也越來越高。特別是在大中型城市的 一些商業(yè)地區(qū)和居民集中住宅區(qū)這種用電負荷較大的區(qū)域，為了給這些高負荷區(qū)域提供電 源，甚至要采用220kV高壓變電站深人負荷中心，以提高電網(wǎng)為負荷中心輸送電力的能力。 因此，工頻高壓設備與人們的生活范圍已越來越近，而長期暴露在這些高壓輸變電設備產(chǎn) 生的工頻電磁場中，是否會影響人體健康，引起了廣大群眾的擔憂。所以研究人體在特高壓 工頻電磁場中產(chǎn)生的生物效應，具有非常重要的學術意義及應用價值。
[0003] 工頻電磁場的生物效應主要由生物體組織在電磁場中的比吸收率SAR來衡量。關 于對人體的輻射SAR，目前國際通用的標準有兩個，一個是歐洲標準2W/kg，一個是美國標 準L 6W/kg，其具體含義是指，以6分鐘為計時，每公斤人體組織吸收的電磁輻射能量不得 超過2W。目前生物的熱效應主要是在研究高頻電磁場對人體的危害，而工頻電磁場對人體 的影響的研究的則很少。
[0004] 針對目前公眾對高壓輸電的電磁環(huán)境的關注與研究工頻電磁場中的生物效應的 空缺，以交流1000 kV輸電線路為目標，采用SEMCAD建立了該線路的生物效應模型，研究了 人體位于輸電線不同距離的生物效應，包括輸電線周圍電磁場強度分布，輸電線下預設測 量點電磁場強度和人體距輸電線不同距離時的電磁場SAR計算。最終可為高壓輸電的電磁 環(huán)境與人體的生物效應等問題提供參考。
[0005] 因此，需要一種特高壓工頻電磁場對人體生物效應的計算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是提供一種特高壓工頻電磁場對人體生物效應的計算方法。該方 法使用ADI-FDTD算法來計算人體在特高壓工頻電磁場中的SAR值，以確定人體在電磁場中 的安全性，為高壓輸電的電磁環(huán)境與人體的生物效應等問題提供參考并為以后高壓線的鋪 設提供理論依據(jù)。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明提供的一種特高壓工頻電磁場對人體生物效應的計算方法，應用于特高壓 工頻電磁場設計系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輸電線路模型建立模塊、高壓輸電線參數(shù)采集模塊、人體 模塊、數(shù)據(jù)處理模塊；包括以下步驟：
[0009] 建立輸電線路模型；
[0010] 建立人體模塊；
[0011] 建立熱能運算器；
[0012] 計算人體與電磁場之間不同距離的人體熱效應SAR值；
[0013] 將不同距離與相應的電磁場對人體的SAR值存儲在存儲單元。
[0014] 進一步，所述熱能運算器采用二維ADI-FDTD算法，并結合FEM和FDTD來建立；
[0015] 進一步，所述輸電線路模型是根據(jù)特高壓輸電線分布及導線等效半徑數(shù)據(jù)，在 SEMCAD中設定參數(shù)來建立的特高壓輸電線路模型。
[0016] 進一步，所述輸電線路模型中預設模型參數(shù)，所述模型參數(shù)包括電源的頻率50Hz， 求解器選擇Low Frequency Solver類型是Magneto Quasi Static,導線的屬性為PEC/ Metal剖分網(wǎng)格。
[0017] 進一步，所述人體模塊中包括人體介電常數(shù)、人體電導率、人體密度、人體比熱容 和人體熱導率。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種特高壓工頻電磁場對人體生物效應的計算系統(tǒng)，應用于特高 壓工頻電磁場設計系統(tǒng)，所述計算系統(tǒng)包括輸電線路模型建立模塊、高壓輸電線參數(shù)采集 模塊、人體模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；
[0019] 所述輸電線路模型建立模塊，用于建立輸電線路模型；
[0020] 所述高壓輸電線參數(shù)采集模塊，用于采集高壓輸電線參數(shù)；
[0021] 所述人體模塊，用于設置人體模型的計算參數(shù)；
[0022] 所述熱能運算器，用于建立熱能計算模型；
[0023] 所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于計算人體與電磁場之間不同距離的人體熱效應SAR值； 并將不同距離與相應的電磁場對人體的SAR值存儲在存儲單元。
[0024] 進一步，所述熱能運算器采用二維ADI-FDTD算法，并結合FEM和FDTD來建立；
[0025] 進一步，所述輸電線路模型是根據(jù)特高壓輸電線分布及導線等效半徑數(shù)據(jù)，在 SEMCAD中設定參數(shù)來建立的特高壓輸電線路模型。
[0026] 進一步，所述輸電線路模型中預設模型參數(shù)，所述模型參數(shù)包括電源的頻率50Hz， 求解器選擇Low Frequency Solver類型是Magneto Quasi Static,導線的屬性為PEC/ Metal剖分網(wǎng)格。
[0027] 進一步，所述人體模塊中包括人體介電常數(shù)、人體電導率、人體密度、人體比熱容 和人體熱導率。
[0028] 由于采用了上述技術方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：
[0029] 本發(fā)明提供的一種特高壓工頻電磁場對人體生物效應的計算方法；該方法使用 基于FDTD法的SEMCAD軟件進行仿真分析。首先，建立了 1000 kV輸電線路模型，對其工頻 磁場與電場強度的分布進行了研究，之后，在此模型的基礎上上導入了人體模塊，基于二 維ADI-FDTD算法，結合FEM和FDTD熱能運算器，研究了不同距離的低頻電磁場對人體的 熱效應。計算出了人體距離特高壓輸電線不同距離時電磁場對人體的SAR值（Specific Absorption Rate電磁波的比吸收值）。該方法具有很大可行性，可為高壓輸電的電磁環(huán)境 與人體的生物效應等問題提供參考。
[0030] 本發(fā)明涉及一種計算特高壓工頻電磁場對人體生物效應的方法。使用ADI-FDTD 算法，計算人體在特高壓工頻電磁場中的SAR值，以確定人體在電磁場中的安全性，為高壓 輸電的電磁環(huán)境與人體的生物效應等問題提供參考并為以后高壓線的鋪設提供理論依據(jù)。
[0031] 本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書和權利要 求書來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0032] 本發(fā)明的【附圖說明】如下。
[0033] 圖1為本實施例提供的輸電導線分布示意圖。
[0034] 圖2a為本實施例提供的輸電線路的電流磁場。
[0035] 圖2b為本實施例提供的輸電線路的電流電場。
[0036] 圖3為本實施例提供的不同距離的人產(chǎn)生的SAR數(shù)值。
[0037] 圖4a為本實施例提供的10米SAR數(shù)值。
[0038] 圖4b為本實施例提供的20米SAR數(shù)值。
[0039] 圖4c為本實施例提供的60米SAR數(shù)值。
[0040] 圖4d為本實施例提供的100米SAR數(shù)值。
[0041] 圖5a為本實施例提供的仿真出人體在電場中距離測量0點Om的SAR值。
[0042] 圖5b為本實施例提供的仿真出人體在電場中距離測量0點20m的SAR值。
[0043] 圖5c為本實施例提供的仿真出人體在電場中距離測量0點60m的SAR值。
[0044] 圖5d為本實施例提供的仿真出人體在電場中距離測量0點IOOm的SAR值。
【具體實施方式】
[0045] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0046] 實施例1
[0047] 如圖所示，本實施例提供的一種特高壓工頻電磁場對人體生物效應的計算方法， 應用于特高壓工頻電磁場設計系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輸電線路模型建立模塊、高壓輸電線參數(shù) 采集模塊、人體模塊、數(shù)據(jù)處理模塊；包括以下步驟：
[0048] 建立輸電線路模型；
[0049] 建立人體模塊；
[0050] 建立熱能運算器；
[0051] 計算人體與電磁場之間不同距離的人體熱效應SAR值；
[0052] 將不同距離與相應的電磁場對人體的SAR值存儲在存儲單元。
[0053] 所述熱能運算器采用二維ADI-FDTD算法，并結合FEM和FDTD來建立；
[0054] 所述輸電線路模型是根據(jù)特高壓輸電線分布及導線等效半徑數(shù)據(jù)，在SEMCAD中 設定參數(shù)來建立的特高壓輸電線路模型。
[0055] 所述輸電線路模型中預設模型參數(shù)，所述模型參數(shù)包括電源的頻率50Hz，求解器 選擇 Low Frequency Solver 類型是 Magneto Quasi Static,導線的屬性為 PEC/Metal 剖 分網(wǎng)格。
[0056] 所述人體模塊中包括人體介電常數(shù)、人體電導率、人體密度、人體比熱容和人體熱 導率。
[0057] 本實施例提供了一種特高壓工頻電磁場對人體生物效應的計算系統(tǒng)，應用于特高 壓工頻電磁場設計系統(tǒng)，所述計算系統(tǒng)包括輸電線路模型建立模塊、高壓輸電線參數(shù)采集 模塊、人體模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；
[0058] 所述輸電線路模型建立模塊，用于建立輸電線路模型；
[0059] 所述高壓輸電線參數(shù)采集模塊，用于采集高壓輸電線參數(shù)；
[0060] 所述人體模塊，用于設置人體模型的計算參數(shù)；
[0061] 所述熱能運算器，用于建立熱能計算模型；
[0062] 所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于計算人體與電磁場之間不同距離的人體熱效應SAR值； 并將不同距離與相應的電磁場對人體的SAR值存儲在存儲單元。
[0063] 所述熱能運算器采用二維ADI-FDTD算法，并結合FEM和FDTD來建立；
[0064] 所述輸電線路模型是根據(jù)特高壓輸電線分布及導線等效半徑數(shù)據(jù)，在SEMCAD中 設定參數(shù)來建立的特高壓輸電線路模型。
[0065] 所述輸電線路模型中預設模型參數(shù)，所述