CN110879918A - 一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，首先建立线路模型坐标，确定对地电压和电位系数；然后计算导线模拟电荷值；最后计算空间任意一点的电场强度。本发明与编程仿真软件配合使用，将线路的各种参数代入方法模型中，来模拟交流输电线路周围不同电位的空间最大电场值，可以应用于输电线路的规划设计阶段，通过对导线对地高度、导线档距、线路电压、导线分裂等效半径等参数变量进行变化，来模拟找出电场强度最小的线路设计方案以及周边电磁环境敏感点的预计场强值，避免线路建成后的投诉以及减少后续的施工及治理费用，对于一些难以到达的测量点位和需要大量重复的测量工作，减少了现场测量的工作量，提高了现场测试效率。

Description

一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算 方法

技术领域

本发明属于交流输电线路技术领域，尤其是一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法。

背景技术

交流特高压输电线路和交流超高压输电线路在周围空间所产生的工频电场和工频磁场在理论上是相同的，但是当电压等级升高到特高压级别时，输电线路附近的工频电磁场强度将明显增大。关于工频电磁场对人体健康和生态的影响，近些年来一直是人们关注的焦点。模拟电荷法于上个世纪六十年代被提出，是静电场中应用最为广泛的一种计算电磁场的方法。电磁场的唯一性定理和镜像法是模拟电荷法使用的基础。模拟电荷法的步骤通常比较简单：在满足所求场域边界条件的基础上用适当的模拟电荷来代替所求场域分界面上的束缚电荷或者是电极表面的自由电荷，将连续问题转化为离散的问题来求解。上述过程仍然可以进一步简化以及减少模拟仿真的工作量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供针对实际测量条件下测量布点空间受限的问题，在经验公式基础上提出一种模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，通过线路电压和电位系数等参数，模拟求得空间环境电场强度的一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，其特征在于：所述计算方法包括以下步骤：

⑴建立线路模型坐标，确定对地电压和电位系数；

⑵计算导线模拟电荷值；

⑶计算空间任意一点的电场强度。

再有，步骤⑴所述建立线路模型坐标的方法是：取一个档距之间的导线。当导线两头的对地高度相同时，导线离地最低点出现在档距的中央，也就是悬链线弧垂最大的地方；取中相导线的纵向在地面的投影为y轴，沿地面垂直于y轴并通过档距中央为x轴，垂直于地面并通过x轴和y轴交点为z轴。

再有，步骤⑵所述每相对地电压为u1、u2、u3，每相对地电压与线路电压U的关系是：

再有，步骤⑴所述电位系数为：

其中，ε₀为自由空间的介电常数，取值为8.854×10-12F/m；p_i,j和p_j,i分别代表自电位系数和互电位系数；r、r'分别代表第j个模拟电荷以及它相对应的镜像电荷和第i个匹配点之间的距离。

再有，步骤⑵所述导线模拟电荷值为：

u₁＝p_1,1q₁+p_1,2q₂+p_1,3q₃

u₂＝p_2,1q₁+p_2,2q₂+p_2,3q₃

u₃＝p_3,1q₁+p_3,2q₂+p_3,3q₃.

其中，u1、u2、u3为每相对地电压；q1，q2和q3分别代表3相导线上的模拟电荷值；p_i,j代表自电位系数。

再有，步骤⑶所述空间任意一点的电场强度为：

其中，E为空间任意一点的电场强度；E_x为X轴方向上电场强度分量，E_y为Y轴方向上电场强度分量。

再有，所述电场强度的水平分量和垂直分量Ex、Ey为：

其中，xi，yi是导线i的坐标，导线i指的是三相导线中的任意某一相，其坐标是由可以由xy坐标系来表达)；Li和Li’分别代表导线i的模拟线电荷和它的镜像电荷到空间中任意一点P的距离。

本发明的优点和有益效果是：

本发明中，首先建立线路模型坐标，确定对地电压和电位系数；然后计算导线模拟电荷值；最后计算空间任意一点的电场强度。本发明与编程仿真软件配合使用，将线路的各种参数代入方法模型中，来模拟交流输电线路周围不同电位的空间最大电场值，可以应用于输电线路的规划设计阶段，通过对导线对地高度、导线档距、线路电压、导线分裂等效半径等参数变量进行变化，来模拟找出电场强度最小的线路设计方案以及周边电磁环境敏感点的预计场强值，避免线路建成后的投诉以及减少后续的施工及治理费用，对于一些难以到达的测量点位和需要大量重复的测量工作，减少了现场测量的工作量，提高了现场测试效率。

说明书附图

图1是本发明的线路模型坐标图。

具体实施方式

本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。

一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，本发明的创新在于：所述计算方法包括以下步骤：

⑴建立线路模型坐标，确定对地电压和电位系数；

⑵计算导线模拟电荷值；

⑶计算空间任意一点的电场强度。

步骤⑴所述建立线路模型坐标的方法是：如图1所示，取一个档距之间的导线。当导线两头的对地高度相同时，导线离地最低点出现在档距的中央，也就是悬链线弧垂最大的地方；取中相导线的纵向在地面的投影为y轴，沿地面垂直于y轴并通过档距中央为x轴，垂直于地面并通过x轴和y轴交点为z轴。

再有，步骤⑵所述每相对地电压为u1、u2、u3，每相对地电压与线路电压U的关系是：

再有，步骤⑴所述电位系数为：

其中，ε₀为自由空间的介电常数，取值为8.854×10-12F/m；p_i,j和p_j,i分别代表自电位系数和互电位系数；r、r'分别代表第j个模拟电荷以及它相对应的镜像电荷和第i个匹配点之间的距离。

再有，步骤⑵所述导线模拟电荷值为：

u₁＝p_1,1q₁+p_1,2q₂+p_1,3q₃

u₂＝p_2,1q₁+p_2,2q₂+p_2,3q₃

u₃＝p_3,1q₁+p_3,2q₂+p_3,3q₃.

其中，u1、u2、u3为每相对地电压；q1，q2和q3分别代表3相导线上的模拟电荷值；p_i,j代表自电位系数。

再有，步骤⑶所述空间任意一点的电场强度为：

其中，E为空间任意一点的电场强度；E_x为X轴方向上电场强度分量，E_y为Y轴方向上电场强度分量。

再有，所述电场强度的水平分量和垂直分量Ex、Ey为：

其中，xi，yi是导线i的坐标，导线i指的是三相导线中的任意某一相，其坐标是由可以由xy坐标系来表达)；Li和Li’分别代表导线i的模拟线电荷和它的镜像电荷到空间中任意一点P的距离。

本发明中，首先建立线路模型坐标，确定对地电压和电位系数；然后计算导线模拟电荷值；最后计算空间任意一点的电场强度。本发明与编程仿真软件配合使用，将线路的各种参数代入方法模型中，来模拟交流输电线路周围不同电位的空间最大电场值，可以应用于输电线路的规划设计阶段，通过对导线对地高度、导线档距、线路电压、导线分裂等效半径等参数变量进行变化，来模拟找出电场强度最小的线路设计方案以及周边电磁环境敏感点的预计场强值，避免线路建成后的投诉以及减少后续的施工及治理费用，对于一些难以到达的测量点位和需要大量重复的测量工作，减少了现场测量的工作量，提高了现场测试效率。

Claims (7)

1.一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，其特征在于：所述计算方法包括以下步骤：

⑴建立线路模型坐标，确定对地电压和电位系数；

⑵计算导线模拟电荷值；

⑶计算空间任意一点的电场强度。

2.根据权利要求1所述的一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，其特征在于：步骤⑴所述建立线路模型坐标的方法是：取一个档距之间的导线。当导线两头的对地高度相同时，导线离地最低点出现在档距的中央，也就是悬链线弧垂最大的地方；取中相导线的纵向在地面的投影为y轴，沿地面垂直于y轴并通过档距中央为x轴，垂直于地面并通过x轴和y轴交点为z轴。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，其特征在于：步骤⑵所述每相对地电压为u1、u2、u3，每相对地电压与线路电压U的关系是：

4.根据权利要求3所述的一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，其特征在于：步骤⑴所述电位系数为：

其中，ε₀为自由空间的介电常数，取值为8.854×10-12F/m；p_i,j和p_j,i分别代表自电位系数和互电位系数；r、r'分别代表第j个模拟电荷以及它相对应的镜像电荷和第i个匹配点之间的距离。

5.根据权利要求4所述的一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，其特征在于：步骤⑵所述导线模拟电荷值为：

u₁＝p_1,1q₁+p_1,2q₂+p_1,3q₃

u₂＝p_2,1q₁+p_2,2q₂+p_2,3q₃

u₃＝p_3,1q₁+p_3,2q₂+p_3,3q₃，

其中，u1、u2、u3为每相对地电压；q1，q2和q3分别代表3相导线上的模拟电荷值；p_i,j代表自电位系数。

6.根据权利要求5所述的一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，其特征在于：步骤⑶所述空间任意一点的电场强度为：

其中，E为空间任意一点的电场强度；E_x为X轴方向上电场强度分量，E_y为Y轴方向上电场强度分量。

7.根据权利要求6所述的一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法，其特征在于：所述电场强度的水平分量和垂直分量Ex、Ey为：

其中，xi，yi是导线i的坐标，导线i指的是三相导线中的任意某一相，其坐标是由可以由xy坐标系来表达)；Li和Li’分别代表导线i的模拟线电荷和它的镜像电荷到空间中任意一点P的距离。

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