一種高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法，包括步驟1：計(jì)算零海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度E0；步驟2：計(jì)算高海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eh；步驟3：依據(jù)導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eh，利用低海拔的地面合成電場計(jì)算方法計(jì)算高海拔直流線路地面合成電場。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法，計(jì)算得到的高海拔直流線路地面合成電場結(jié)果與其實(shí)際測試結(jié)果更加吻合，能夠更好的滿足在高海拔地區(qū)建設(shè)輸電線路時(shí)的環(huán)境保護(hù)要求。
【專利說明】
-種高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高海拔直流輸電線路地面合成電場 計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國直流輸電技術(shù)發(fā)展迅速，電壓等級已涵蓋± 400kV~± SOOkV。但我國 地域迂闊，西部主要為高海拔地區(qū)，海拔高于1000 m的山地和高原超過全國±地總面積的一 半。由于水能、煤炭、風(fēng)能等一次能源主要分布于西部高海拔地區(qū)，發(fā)展直流輸電不可避免 要面臨高海拔問題。海拔增加，空氣密度降低，空氣分子間的自由行程增大，使電子更容易 獲得足夠的動(dòng)能引發(fā)導(dǎo)線表面電暈放電，導(dǎo)致高海拔地區(qū)的直流線路地面合成電場水平比 低海拔地區(qū)的大。但由于高海拔與低海拔地區(qū)執(zhí)行同樣的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，因此在高海拔地 區(qū)建設(shè)直流線路，必須采取相應(yīng)措施W保證地面合成電場滿足環(huán)保限值要求，運(yùn)就要求對 高海拔地區(qū)直流輸電線路合成電場有一個(gè)較為準(zhǔn)確的預(yù)測。
[0003] 目前零海拔下的直流線路地面合成電場計(jì)算方法主要包括基于Deutsch假設(shè)的計(jì) 算方法、有限元法和有限差分法等，但上述方法均設(shè)及到導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度的取值問 題。目前計(jì)算直流線路導(dǎo)線起暈場強(qiáng)普遍采用皮克(PEEK)公式，但該公式需要用到導(dǎo)線表 面粗糖系數(shù)m，而該系數(shù)較難準(zhǔn)確測量，在實(shí)際計(jì)算中一般憑借經(jīng)驗(yàn)假設(shè)，因此導(dǎo)致導(dǎo)線起 暈場強(qiáng)與實(shí)際情況差異很大，進(jìn)而使直流線路地面合成電場計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果差別 較大。
[0004] 在高海拔直流線路地面合成電場計(jì)算方法方面，雖然有研究人員在高海拔開展了 直流地面合成電場的測試或試驗(yàn)工作，獲得了個(gè)別海拔下直流線路地面合成電場的水平和 分布規(guī)律，但未總結(jié)出一套行之有效的高海拔直流地面合成電場計(jì)算方法。
[0005] 直流線路地面合成電場的大小不僅關(guān)系到環(huán)境保護(hù)，更決定直流線路導(dǎo)線型式和 線路對地高度，進(jìn)而決定輸電線路工程投資，因此，需要提供一種高海拔直流輸電線路地面 合成電場計(jì)算方法，從而能夠開展不同海拔高度下的直流線路地面合成電場試驗(yàn)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種高海拔直流輸電線路地面合成電場 計(jì)算方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[000引所述方法包括：
[0009] 步驟1:計(jì)算零海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eo;
[0010] 步驟2:依據(jù)所述電場強(qiáng)度Eo計(jì)算高海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eh;
[0011] 步驟3:將所述電場強(qiáng)度Eh作為低海拔下導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Es的邊界條件，利 用低海拔的地面合成電場計(jì)算方法計(jì)算高海拔直流線路地面合成電場的電場強(qiáng)度E'h。
[0012] 本發(fā)明提供的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例為:所述零海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eo的計(jì) 算公式為：
[0013] Eo = f(Req) ? E'o (I)
[0014] 其中，E'O為零海拔下的基準(zhǔn)導(dǎo)線的表面起暈電場強(qiáng)度，f(Req)為導(dǎo)線修正系數(shù)；
[0015]
，Req為測試導(dǎo)線的電氣等效半徑，R'eq為所述基 準(zhǔn)導(dǎo)線的電氣等效半徑。
[0016] 本發(fā)明提供的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例為:所述電氣等效半徑Req的計(jì)算公式為：
[0017]
[001引其中，R為測試導(dǎo)線的線束半徑，n為測試導(dǎo)線中子導(dǎo)線的根數(shù)，r為所述子導(dǎo)線的 半徑。
[0019] 本發(fā)明提供的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例為:所述高海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度化的計(jì) 算公式為：
[0020] Eh=Eo(I-Wi) (3)
[0021] 其中，h為海拔高度，k為導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度海拔修正系數(shù)。
[0022] 本發(fā)明提供的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例為:所述步驟3中計(jì)算高海拔直流線路地面合成電 場包括：
[0023] 步驟31:設(shè)定空間各點(diǎn)的電荷密度初始值P;
[0024] 步驟32:采用通量線法或者有限元法計(jì)算空間各點(diǎn)的電位和電場強(qiáng)度；
[0025] 步驟33:依據(jù)所述空間各點(diǎn)的電位？和電場強(qiáng)度時(shí)十算空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值 P' ；
[00%]步驟34:判斷所述邊界條件和空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值P'是否滿足收斂條件：
[0027] 若滿足，則依據(jù)所述空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值P'計(jì)算所述電場強(qiáng)度E'h;
[0028] 若不滿足，則修正所述空間各點(diǎn)的電荷密度初始值P，并將所述電荷密度實(shí)際值P' 賦值到空間各點(diǎn)的電荷密度初始值P，返回步驟32。
[0029] 本發(fā)明提供的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例為:所述收斂條件包括：
[0030] 所述邊界條件的收斂條件文
[0031] 所述空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值P'的收斂條件j
[0032] 其中，Pn為第n次計(jì)算過程中的電荷密度實(shí)際值P'的值，Pn+i為第n+1次計(jì)算過程中 的電荷密度實(shí)際值P'的值，e和e'均為常數(shù)。
[0033] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是：
[0034] 本發(fā)明提供的一種高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法，適用的導(dǎo)線型式 范圍更廣、更具有普適性，且利用該方法得到的高海拔直流線路地面合成電場計(jì)算結(jié)果與 其實(shí)際測試結(jié)果更加吻合，能夠更好的滿足在高海拔崎帳建設(shè)輸電線路時(shí)的環(huán)境保護(hù)要 求。
【附圖說明】
[0035] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0036] 圖1:本發(fā)明實(shí)施例中一種高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法流程圖；
[0037] 圖2:本發(fā)明實(shí)施例中導(dǎo)線表面起暈場強(qiáng)與海拔高度之間的關(guān)系曲線圖；
[003引圖3:本發(fā)明實(shí)施例中海拔50m時(shí)直流地面合成電場橫向分布曲線與實(shí)際測量結(jié)構(gòu) 對比圖；
[0039 ]圖4:本發(fā)明實(shí)施例中海拔4300m時(shí)直流地面合成電場橫向分布曲線與實(shí)際測量結(jié) 構(gòu)對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0041] 本發(fā)明提供的一種高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法，針對高海拔地區(qū) 高壓直流輸電線路地面合成電場預(yù)測問題，可方便準(zhǔn)備地計(jì)算高海拔高壓直流線路的地面 合成電場水平。
[0042] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法流程圖，如圖 所示，本實(shí)施例中高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法包括下述步驟：
[0043] 步驟SlOl:計(jì)算零海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eo。
[0044] 本實(shí)施例中零海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eo的計(jì)算公式為：
[0045] Eo = f(Req) ? E'o (I)
[0046] 其中，E'o為零海拔下的基準(zhǔn)導(dǎo)線的表面起暈電場強(qiáng)度；
[0047] f (Req)為導(dǎo)線修正系數(shù)，與導(dǎo)線的電氣等效半徑Req有關(guān)，即：
[004引
，Req為測試導(dǎo)線的電氣等效半徑，R'eq為基準(zhǔn)導(dǎo) 線的電氣等效半徑。本實(shí)施例中基準(zhǔn)導(dǎo)線的電氣等效半徑R'eq通過對零海拔下直流線路地 面合成電場試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行反推計(jì)算得到，R'eq= 18.14cm，E '日=18kV/cm。
[0049]電氣等效半徑Req的計(jì)算公式為：
[0化0]
(2；
[0051] 其中，R為測試導(dǎo)線的線束半徑，n為測試導(dǎo)線中子導(dǎo)線的根數(shù)，r為子導(dǎo)線的半徑。
[0052] 步驟S102:依據(jù)電場強(qiáng)度Eo計(jì)算高海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eh。
[0053] 圖2為本實(shí)施例中導(dǎo)線表面起暈場強(qiáng)與海拔高度之間的關(guān)系曲線圖，如圖所示，本 實(shí)施例中高海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eh的計(jì)算公式為：
[0化4] Eh=Eo(I-Wi) (3)
[0055] 其中，h為海拔高度，k為導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度海拔修正系數(shù)。
[0056] 本實(shí)施例中導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度海拔修正系數(shù)k通過不同海拔條件下的試驗(yàn)得 到，根據(jù)導(dǎo)線的分裂數(shù)和子導(dǎo)線半徑不同而有所不同。對于超特高壓直流輸電工程常用導(dǎo) 線型式，k的取值范圍約為6 XlCT2~7.5 X 1(T2。
[0057] 步驟S103:依據(jù)kaptzov假設(shè)將電場強(qiáng)度Eh作為低海拔下導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Es 的邊界條件，利用低海拔的地面合成電場計(jì)算方法計(jì)算高海拔直流線路地面合成電場的電 場強(qiáng)度E'h。本實(shí)施例中低海拔可W為超出海平面的1000 m垂直高度，其步驟包括：
[0058] 1、設(shè)定空間各點(diǎn)的電荷密度初始值P。
[0059] 2、采用通量線法或者有限元法計(jì)算空間各點(diǎn)的電位和電場強(qiáng)度。
[0060] 3、依據(jù)空間各點(diǎn)的電位巧和電場強(qiáng)度時(shí)十算空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值P'。
[0061] 4、判斷邊界條件和空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值P'是否滿足收斂條件。
[0062] 若滿足，則依據(jù)所述空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值P'計(jì)算所述電場強(qiáng)度E'h。
[0063] 若不滿足，則修正所述空間各點(diǎn)的電荷密度初始值P，并將所述電荷密度實(shí)際值P' 賦值到空間各點(diǎn)的電荷密度初始值P，返回步驟2。
[0064] 本實(shí)施例中針對北京特高壓直流試驗(yàn)基地和西藏高海拔試驗(yàn)基地的兩個(gè)±500kV 直流試驗(yàn)線的地面合成電場試驗(yàn)進(jìn)行說明。上述兩個(gè)±500kV直流試驗(yàn)線分別位于北京市 昌平區(qū)和西藏自治區(qū)拉薩市，海拔高度分別為50m和4300m，且試驗(yàn)線的測量長度均為300m， 檔距中央導(dǎo)線最小對地高度為15m。
[0065] 本實(shí)施例中在兩個(gè)直流試驗(yàn)線架設(shè)相同型式的4*LGJ-500/45導(dǎo)線，并在直流試驗(yàn) 線上對雙極導(dǎo)線施加± 500kV直流電壓，測量兩處海拔直流試驗(yàn)線下的地面合成電場，將測 試結(jié)果與本發(fā)明公開的地面合成電場計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。
[0066] 4*LGJ-500/45導(dǎo)線的分裂間距為0.45111，其電氣等效半徑為20.97畑1，計(jì)算得到海 拔Om處的導(dǎo)線表面起暈場強(qiáng)為17.9kV/cm，通過試驗(yàn)研究得到導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度海拔 修正系數(shù)k = 0.0644。計(jì)算得到海拔4300m處的導(dǎo)線表面起暈場強(qiáng)為13.OkV/cm?；诤０?4300m處的導(dǎo)線表面起暈場強(qiáng)，并采用kaptzov假設(shè)，直流線路導(dǎo)線起暈后表面電場強(qiáng)度維 持在其起暈場強(qiáng)值上，利用基于Decutcsh假設(shè)的通量線法計(jì)算海拔4300m處± 500kV直流試 驗(yàn)線地面合成電場分布。其中：
[0067] ①：海拔50m處4禮GJ-500/45導(dǎo)線地面合成電場的測試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果如圖3所 示。圖3中實(shí)線表示的是4*LGJ-500/45導(dǎo)線地面合成電場的計(jì)算結(jié)果，點(diǎn)狀線表示的是4* LGJ-500/45導(dǎo)線地面合成電場的測試結(jié)果。
[0068] ②:海拔4300m處4*LGJ-500/45導(dǎo)線地面合成電場的測試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果如圖4所 示。圖4中實(shí)線表示的是4*LGJ-500/45導(dǎo)線地面合成電場的計(jì)算結(jié)果，點(diǎn)狀線表示的是4* LGJ-500/45導(dǎo)線地面合成電場的測試結(jié)果。
[0069] 通過圖3和4可W看出，采用本發(fā)明公開的地面合成電場計(jì)算方法，可W較為準(zhǔn)確 的預(yù)測在高海拔地區(qū)直流線路的地面合成電場最大值水平。由于實(shí)際測試中氣象條件的影 響，巧然導(dǎo)致正負(fù)極性側(cè)的地面合成電場分布并不對稱，但是利用本發(fā)明公開的地面合成 電場計(jì)算方法得到的地面合成電場橫向分布曲線與實(shí)測結(jié)果在規(guī)律上仍然是一致的。需要 說明的是，在輸電線路設(shè)計(jì)和輸電線路運(yùn)行期環(huán)境評價(jià)中，較為關(guān)注地面合成電場的最大 值，本實(shí)施例中計(jì)算結(jié)果和測試結(jié)果的最大值之間誤差小于5%，因此采用本發(fā)明公開的地 面合成電場計(jì)算方法能夠較為準(zhǔn)確預(yù)測高海拔直流線路地面合成電場，且能夠滿足工程設(shè) 計(jì)的要求。
[0070] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可W理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可W 通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì) 中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁 碟、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體（Read-Only,ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體（Random Access Memory， 鹽)等。
[0071] 本發(fā)明實(shí)施例中高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法，計(jì)算得到的高海拔 直流線路地面合成電場結(jié)果與其實(shí)際測試結(jié)果更加吻合，能夠更好的滿足在高海拔地區(qū)建 設(shè)輸電線路時(shí)的環(huán)境保護(hù)要求。
[0072] 最后應(yīng)當(dāng)說明的是:所描述的實(shí)施例僅是本申請一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí) 施例?；诒旧暾堉械膶?shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得 的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高海拔直流輸電線路地面合成電場計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括： 步驟1:計(jì)算零海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度E0; 步驟:2:依據(jù)所述電場強(qiáng)度Eo計(jì)算高海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eh; 步驟3:將所述電場強(qiáng)度Eh作為低海拔下導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度ES的邊界條件，利用低 海拔的地面合成電場計(jì)算方法計(jì)算高海拔直流線路地面合成電場的電場強(qiáng)度E ' h。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述零海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度E0的 計(jì)算公式為：(1) 其中，E'o為零海拔下的基準(zhǔn)導(dǎo)線的表面起暈電場強(qiáng)度，f (Re3q)為導(dǎo)線修正系數(shù)；k為測試導(dǎo)線的電氣等效半徑，R、為所述基準(zhǔn)導(dǎo)線 的電氣等效半徑。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電氣等效半徑Re3q的計(jì)算公式為：⑵ 其中，R為測試導(dǎo)線的線束半徑，η為測試導(dǎo)線中子導(dǎo)線的根數(shù)，r為所述子導(dǎo)線的半徑。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高海拔下的導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度Eh的 計(jì)算公式為： Eh = E〇(l-kh) (3) 其中，h為海拔高度，k為導(dǎo)線表面起暈電場強(qiáng)度海拔修正系數(shù)。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中計(jì)算高海拔直流線路地面合成 電場包括： 步驟31:設(shè)定空間各點(diǎn)的電荷密度初始值P; 步驟32:采用通量線法或者有限元法計(jì)算空間各點(diǎn)的電位和電場強(qiáng)度； 步驟33:依據(jù)所述空間各點(diǎn)的電位φ和電場強(qiáng)度E計(jì)算空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值P'； 步驟34:判斷所述邊界條件和空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值P '是否滿足收斂條件： 若滿足，則依據(jù)所述空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值Ρ'計(jì)算所述電場強(qiáng)度E'h; 若不滿足，則修正所述空間各點(diǎn)的電荷密度初始值P，并將所述電荷密度實(shí)際值P '賦值 到空間各點(diǎn)的電荷密度初始值P，返回步驟32。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述收斂條件包括： 所述邊界條件的收斂條件：所述空間各點(diǎn)的電荷密度實(shí)際值P '的收斂條件， 其中，Pn為第η次計(jì)算過程中的電荷密度實(shí)際值P '的值，Pn+1為第n+1次計(jì)算過程中的電 荷密度實(shí)際值P '的值，ε和ε '均為常數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106021919SQ201610330670
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】鞠勇, 趙錄興, 陸家榆, 謝莉
【申請人】中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新疆電力公司