CN106203766A - 一种500kV变电站串抗区域工频电场优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种500kV变电站串抗区域工频电场优化方法，包括确定500kV变电站串抗区域的相关信息，并根据相关信息构建计算模型；针对预设的双回母线相序排列范围中每一相序排列，均采用边界元法对计算模型进行仿真求解运算，得到每一相序排列分别对应的工频电场强度，并筛选出满足一定条件的工频电场强度及其对应的相序排列；获取500kV变电站串抗区域双回母线的当前相序排列，并将当前相序排列修订为筛选出的相序排列。实施本发明，分析及调整串抗区域的双回高压线路的相序排列，从而降低串抗区域的工频电场强度，达到优化电磁环境的目的。

Description

一种500kV变电站串抗区域工频电场优化方法

技术领域

本发明涉及输电线路电磁环境检测技术领域，尤其涉及一种500kV变电站串抗区域工频电场优化方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，电力需求越来越迫切，然而现阶段能源分配并不合理，需求大的负荷中心一般都离能源基地较远。为了快速实现资源优化配置，通常会在能源基地与负荷中心之间铺设高压输电线路，这样有利于经济和环境效益的提升，但是高压输电线路的高电压、大电流特点带来了一系列的电磁环境问题。

国内外学者及研究机构发现，500kV变电站串抗区域的双回高压线路所产生的电磁环境影响也比较严重，不仅受到线路结构的影响，还受到运行情况的影响，因此均作了大量的研究。例如美国邦纳维尔电力公司从1976年开始进行特高压线路的机械结构的研究，并进行了电晕和电场、生态和环境、操作和雷电冲击绝缘等方面的研究；例如日本，前苏联及加拿大等国家均相继对串抗区输电线路的电磁环境影响作了相关研究。

但是，发明人发现，国内外的研究主要侧重于串抗区域线路结构及运行情况对输电线路下工频电磁场的影响研究，而针对相序的影响情况，研究较少。

而随着我国变电站数量的增加，对500kV变电站串抗区域的电磁环境研究也需要进一步的提高。此时，对500kV变电站的串抗区域电磁环境优化设计方法研究就十分必要。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种500kV变电站串抗区域工频电场优化方法，分析及调整串抗区域的双回高压线路的相序排列，从而降 低串抗区域的工频电场强度，达到优化电磁环境的目的。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种500kV变电站串抗区域工频电场优化方法，所述方法包括：

a、确定500kV变电站串抗区域的相关信息，并根据所述确定的相关信息构建计算模型；

b、针对预设的双回母线相序排列范围中每一相序排列，均采用边界元法对所述构建的计算模型进行仿真求解运算，得到每一相序排列分别对应的工频电场强度，并在所述得到的每一相序排列分别对应的工频电场强度中，筛选出满足一定条件的工频电场强度及其对应的相序排列；

c、获取所述500kV变电站串抗区域双回母线的当前相序排列，并将所述500kV变电站串抗区域双回母线的当前相序排列修订为所述筛选出的相序排列。

其中，所述步骤a中的“500kV变电站串抗区域的相关信息”包括双回母线的相序排列、双回母线距地的线路高度以及双回母线的相间位。

其中，所述步骤b中的“预设的双回母线相序排列范围”有六种相序排列，包括ABC-ABC、ABC-ACB、ABC-BAC、ABC-BCA、ABC-CAB、ABC-CBA。

其中，所述步骤b中的“每一相序排列分别对应的工频电场强度”通过对每一相序排列在所述构建的计算模型中取双回母线距地的线路高度均为1.5米时，仿真求解而获得的。

其中，所述步骤b中的“筛选出满足一定条件的工频电场强度及其对应的相序排列”具体为：筛选出最小的工频电场强度及其对应的相序排列。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，由于针对每一相序排列均采用边界元法进行仿真求解运算，筛选出满足一定条件的工频电场强度及其对应的相序排列，并将所筛选的相序排列用于调整串抗区域双回高压线路的当前相序排列，从而降低串抗区域的工频电场强度，达到优化电磁环境的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的500kV变电站串抗区域工频电场优化方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的500kV变电站串抗区域工频电场优化方法应用场景中电偶极子向量图；

图3为本发明实施例提供的500kV变电站串抗区域工频电场优化系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种500kV变电站串抗区域工频电场优化方法，所述方法包括：

步骤S1、确定500kV变电站串抗区域的相关信息，并根据所述确定的相关信息构建计算模型；

具体过程为，确定500kV变电站串抗区域的相关信息，包括双回母线的相序排列、双回母线距地的线路高度以及双回母线的相间位置等，并根据上述相关信息构建计算模型。

应当说明的是，双回母线应在串抗区域的上方。

步骤S2、针对预设的双回母线相序排列范围中每一相序排列，均采用边界元法对所述构建的计算模型进行仿真求解运算，得到每一相序排列分别对应的工频电场强度，并在所述得到的每一相序排列分别对应的工频电场强度中，筛选出满足一定条件的工频电场强度及其对应的相序排列；

具体过程为，预先定义双回母线相序排列范围，该相序排列范围包括ABC-ABC、ABC-ACB、ABC-BAC、ABC-BCA、ABC-CAB、ABC-CBA等六种相序排列，并对每一种均采用边界元法对计算模型进行仿真求解运算，得到 每一相序排列分别对应的工频电场强度，并进一步每一相序排列分别对应的工频电场强度中，筛选出满足一定条件的工频电场强度及其对应的相序排列。

在一个实施例中，在计算模型中取双回母线下方距地高度均为1.5米仿真求解后，得到六种双回母线相序排列距地面1.5m处分别对应的工频电场强度，并筛选出最小的工频电场强度及其对应的相序排列。

在本发明实施例中，由于间接边界积分是基于点电荷的基本解和叠加原理建立边界积分方程的，因此边界元计算方法具体如下：

(I)根据单层源的观点，认为带电体表面的电荷按面密度σ(x,y,z)分布，若带电体位于有限空间，且以无限远处为电位参考点，则场域中任意点M的电位按叠加原理可写成，如下述公式(1)所示：

${\mathrm{\φ}}_M=\underset{s}{\∫}\frac{\mathrm{\σ}}{4{\mathrm{\π\ϵr}}_1}dS---\left(1\right)$

式(1)中，r₁为源点和场点之间的距离。

由于导体表面的因此式(1)可以改写为：

式(2)为单层源的间接边界积分方程，适用的条件为各向同性、线性的均匀介质。

(II)对于双层等效源，它和电位之间的关系式可推导为：

如图2所示，电偶极子的偶极距p＝qΔl，其中Δl为等量而异号的两点电荷之间的微小距离，其方向从负电荷指向正电荷。

则点M处的电位为

由于Δl很小，可以用微分代替，因此，式(3)可改写为

因此对于面密度为σ_p的双层面偶极距，产生的电位如公式(5)所示：

当场点与源点重合时，式(5)中便会出现奇点，这种奇点为可去奇点，具体如公式(6)所示：

式(6)中：n_p为曲面上p点的外法线方向上的单位矢量；为从p点指向M点的单位矢量，是面单元对场点M所张的立体角dΩ，因此，式(6)可改写为如公式(7)所示：

当场点M接近于源点p₀时，将曲面上的p₀点孤立起来，且引进符号S-P₀表示除去P₀点后的边界。

当场点M从偶极层的内部接近P₀点时，则有

当场点M从偶极层的外部接近P₀点时，则有

从式(8)和式(9)可以看出，通过偶极层时，电位将引起突变，具体如式(10)所示：

分层介质的间接边界积分方程：对于电力设备中的绝缘子，其表面的电位是未知的，根据分层介质分界面电通量连续性可以得出其分界面电位连续性条件，具体如式(11)所示：

式(11)中：ε_d为介质的介电常数；ε_a为空气的介电常数；ε_an为介质表面电场位于空气侧的法向分量；ε_dn为介质表面电场位于介质侧的法向分量。对于绝缘介质与空气分界面，根据式(8)以及立体角的定义可以得出，位于介质表面一侧点P_i的电位的法向导数为

对于位于空气一侧的点P_i的电位的法向导数为

式(12)和式(13)中：e_n为dS的法向方向；R表示源点到场点的位置矢量。式(12)和式(13)中的法向量方向由介质指向空气。将式(12)和式(13)代入(11)中可以得到介质分界面的间接积分方程为

$\frac{1}{2\mathrm{\ϵ}}\frac{{\mathrm{\ϵ}}_d+{\mathrm{\ϵ}}_a}{{\mathrm{\ϵ}}_d-{\mathrm{\ϵ}}_a}{\mathrm{\δ}}_i+\frac{1}{4\mathrm{\π}\mathrm{\ϵ}}\underset{S}{\∫}{\mathrm{\δ}}_i\frac{R\·e_n}{R^3}dS=0---\left(14\right)$

悬浮导体的间接边界积分方程：悬浮导体边界面上节点的电位也是未知的，将悬浮导体看作介电常数为无穷大的介质，即将式(14)中的ε_d→∞，对式(14)取极限得到悬浮导体的边界积分方程如公式(15)所示：

$\frac{1}{2{\mathrm{\ϵ}}_0}{\mathrm{\δ}}_i+\frac{1}{4\mathrm{\π}\mathrm{\ϵ}}\underset{S}{\∫}{\mathrm{\δ}}_i\frac{R\·e_n}{R^3}dS=0---\left(15\right)$

利用仿真软件对该串抗区域的电场进行建模仿真，综合仿真数据和计算结果，得出不同相序排列情况下串抗区的电场大小，再选择出满足一定条件的相序排列。

步骤S3、获取所述500kV变电站串抗区域双回母线的当前相序排列，并将所述500kV变电站串抗区域双回母线的当前相序排列修订为所述筛选出的相序排列。

具体过程为，对500kV变电站串抗区域双回母线的当前相序排列进行修订，从而使得所筛选的相序排列替换成双回母线的当前相序排列，达到减小串抗区域工频电场强度的目的。

如图3所示，为本发明实施例中，提供的一种500kV变电站串抗区域工频电场优化系统，所述系统包括：

计算模型构建单元210，用于确定500kV变电站串抗区域的相关信息，并根据所述确定的相关信息构建计算模型；

相序排列筛选单元220，用于针对预设的双回母线相序排列范围中每一相序排列，均采用边界元法对所述构建的计算模型进行仿真求解运算，得到每一相序排列分别对应的工频电场强度，并在所述得到的每一相序排列分别对应的工频电场强度中，筛选出满足一定条件的工频电场强度及其对应的相序排列；

相序排列修订单元230，用于获取所述500kV变电站串抗区域双回母线的当前相序排列，并将所述500kV变电站串抗区域双回母线的当前相序排列修订为所述筛选出的相序排列。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，由于针对每一相序排列均采用边界元法进行仿真求解运算，筛选出满足一定条件的工频电场强度及其对应的相序排列，并将所筛选的相序排列用于调整串抗区域双回高压线路的当前相序排列，从而降低串抗区域的工频电场强度，达到优化电磁环境的目的。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可； 另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种500kV变电站串抗区域工频电场优化方法，其特征在于，所述方法包括：

a、确定500kV变电站串抗区域的相关信息，并根据所述确定的相关信息构建计算模型；

b、针对预设的双回母线相序排列范围中每一相序排列，均采用边界元法对所述构建的计算模型进行仿真求解运算，得到每一相序排列分别对应的工频电场强度，并在所述得到的每一相序排列分别对应的工频电场强度中，筛选出满足一定条件的工频电场强度及其对应的相序排列；

c、获取所述500kV变电站串抗区域双回母线的当前相序排列，并将所述500kV变电站串抗区域双回母线的当前相序排列修订为所述筛选出的相序排列。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a中的“500kV变电站串抗区域的相关信息”包括双回母线的相序排列、双回母线距地的线路高度以及双回母线的相间位置。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b中的“预设的双回母线相序排列范围”有六种相序排列，包括ABC-ABC、ABC-ACB、ABC-BAC、ABC-BCA、ABC-CAB、ABC-CBA。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b中的“每一相序排列分别对应的工频电场强度”通过对每一相序排列在所述构建的计算模型中取双回母线下方距地的高度为1.5米时，仿真求解而获得的。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b中的“筛选出满足一定条件的工频电场强度及其对应的相序排列”具体为：筛选出最小的工频电场强度及其对应的相序排列。