CN113376444A - 一种基于离子流密度计算导线起晕场强的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于离子流密度计算导线起晕场强的方法及系统。其中，该方法包括：在试验线段上架设导线，对所述导线施加直流电压，在线路下方地面特定位置处布置离子流密度测量仪，利用所述离子流密度测量仪测量地面处的离子流密度J1；记录不同电压下的离子流密度J1，当离子流密度J1大于预定数值时，将相应的电压确定为视在起晕电压U1；根据所述视在起晕电压U1确定特定电压，测量所述特定电压下的地面特定位置处的离子流密度J2；测量空气中的离子迁移率；根据地面特定位置处的离子流密度J2以及所述离子迁移率，通过迭代计算确定导线表面起晕场强。
Description
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种基于离子流密度计算导线起晕场强的方法及系统。
背景技术
随着特高压直流输电技术的快速发展，特高压直流输电线路经过居民区的情况将越来越多，同时，随时公众环保意识的提高，电磁环境控制变得愈发重要。离子流密度是电磁环境中的一项重要因子，直流导体发生电晕时，导体表面空气电离产生的离子在电场力的作用下，向空间运动形成离子流。地面单位面积截获的离子流称为离子流密度，单位为nA/m2。我国电力行业标准DL/T1088-2008《±800kV特高压直流线路电磁环境参数限值》中规定，线路下方的离子流密度限值为100nA/m2。在线路设计和建设中，为了保证沿线居民身体健康，需要将输电线路下方的离子流密度控制在合理范围之内。直流线路的离子流是导线电晕放电的一种表现形式，因此，导线起晕场强预测的准确与否，对直流线路线下地面处的离子流密度预测具有重要意义。
目前在预测导线的起晕场强方面，国内外普遍使用Peek公式，但Peek公式的得出是通过试验得到的，试验时采用的是光滑圆柱导线，但由于实际输电线路的导线一般采用钢芯铝绞线，而钢芯铝绞线导线的起晕场强往往比光滑导线的起晕场强低的多，因此Peek公式不能直接应用于钢芯铝绞线的表面起晕场强预测，需要进行一定的修正。在这方面，国内外研究人员对实际输电线路采用的钢芯铝绞线开展了大量的起晕场强试验研究，但由于采用的试验方法和判据多种多样，如目测法、紫外光子计数法、电晕脉冲法以及电流—电压曲线拟合法等，导致不同研究方法得到的导体起晕场强并不相同。同时，以上的研究都没有将起晕场强与离子流密度作为一个统一的整体开展研究，因此得到的导线起晕场强与离子流密度计算中所使用的起晕场强差距较大。
针对上述的现有技术中存在的通过试验导致不同研究方法得到的导体起晕场强并不相同，这些不同的研究方法也没有将起晕场强与离子流密度作为一个统一的整体开展研究，因此得到的导线起晕场强与离子流密度计算中所使用的起晕场强差距较大的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本公开的实施例提供了一种基于离子流密度计算导线起晕场强的方法及系统，以至少解决现有技术中存在的通过试验导致不同研究方法得到的导体起晕场强并不相同，这些不同的研究方法也没有将起晕场强与离子流密度作为一个统一的整体开展研究，因此得到的导线起晕场强与离子流密度计算中所使用的起晕场强差距较大的技术问题。
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种基于离子流密度计算导线起晕场强的方法，包括：在试验线段上架设导线，对所述导线施加直流电压，在线路下方地面特定位置处布置离子流密度测量仪，利用所述离子流密度测量仪测量地面处的离子流密度J1；记录不同电压下的离子流密度J1，当离子流密度J1大于预定数值时，将相应的电压确定为视在起晕电压U1；根据所述视在起晕电压U1确定特定电压，测量所述特定电压下的地面特定位置处的离子流密度J2；测量空气中的离子迁移率；根据地面特定位置处的离子流密度J2以及所述离子迁移率，通过迭代计算确定导线表面起晕场强。
根据本公开实施例的另一方面，还提供了一种基于离子流密度计算导线起晕场强的系统，包括：测量离子流密度J1模块，用于在试验线段上架设导线，对所述导线施加直流电压，在线路下方地面特定位置处布置离子流密度测量仪，利用所述离子流密度测量仪测量地面处的离子流密度J1；确定视在起晕电压U1模块，用于记录不同电压下的离子流密度J1，当离子流密度J1大于预定数值时，将相应的电压确定为视在起晕电压U1；测量离子流密度J2模块，用于根据所述视在起晕电压U1确定特定电压，测量所述特定电压下的地面特定位置处的离子流密度J2；测量离子迁移率模块，用于测量空气中的离子迁移率；确定起晕场强模块，根据地面特定位置处的离子流密度J2以及所述离子迁移率，通过迭代计算确定导线表面起晕场强。
在本发明中，根据直流输电线路离子流密度测量结果通过理论迭代计算获得导线起晕场强，具有简便易行和准确度高的优点。为我国直流输电线路导线表面场强准确预测提供了依据，可保证输电线路地面离子流密度水平能更好地满足环境保护要求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1是根据本公开实施例所述的一种基于离子流密度计算导线起晕场强的方法的流程示意图；
图2是根据本公开实施例所述的直流试验导线与离子流密度测量仪的布置方式示意图；
图3是根据本公开实施例所述的地面离子流密度随电压变化曲线的对比示意图；
图4是根据本公开实施例所述的计算得到地面离子流密度分布曲线与实际测量结果的比较的示意图；
图5是根据本公开实施例所述的一种基于离子流密度计算导线起晕场强的系统的示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
根据本申请的第一个方面，提供了一种基于离子流密度计算导线起晕场强的方法100。参考图1所示，该方法包括：
S102:在试验线段上架设导线，对所述导线施加直流电压，在线路下方地面特定位置处布置离子流密度测量仪，利用所述离子流密度测量仪测量地面处的离子流密度J1；
S104:记录不同电压下的离子流密度J1，当离子流密度J1大于预定数值时，将相应的电压确定为视在起晕电压U1；
S106:根据所述视在起晕电压U1确定特定电压，测量所述特定电压下的地面特定位置处的离子流密度J2；
S108:测量空气中的离子迁移率；
S110:根据地面特定位置处的离子流密度J2以及所述离子迁移率，通过迭代计算确定导线表面起晕场强。
具体地，一种基于离子流密度计算导线起晕场强的方法包括以下步骤：
(1)在试验线段上架设试验导线，在导线上从0开始施加直流电压，在沿导线长度方向的中央位置，沿垂直导线方向，在线路下方地面特定位置处布置离子流密度测量仪器，测量地面处的离子流密度J1。
(3)记录不同电压下的离子流密度J1，当J1大于设定值时，记录对应的电压为视在起晕电压U1。
(4)在视在起晕电压U1以上的范围内选取适合电压，测量该电压下的地面特定位置处的离子流密度J2。
(5)测量空气中的离子迁移率。
(6)利用特定位置处的地面离子流密度测量结果，通过迭代计算确定导线表面起晕场强。
所述试验导线的架设方式可以为单极架设、单回水平架设、单回垂直架设。所述离子流密度测量仪为威尔逊板或空间电荷测量仪器。所述线路下方地面特定位置，推荐选取正极导线或负极导线对地投影外3-6m范围内的任意位置。当J1大于设定值时，记录对应的电压为视在起晕电压U1，设定值的选取范围建议在1～5nA/m2之间。在视在起晕电压U1以上的范围内选取适合试验电压，试验电压的选取范围建议在1.1U1～1.4U1之间。离子迁移率的测量方法可以为电压-电流曲线法、脉冲法和迁移管法。
所述通过迭代计算确定导线表面起晕场强，具体计算步骤为：
1)设定一个导线表面起晕场强初值；
2)根据实际测量得到的离子迁移率，利用目前已有的成熟的直流离子流密度计算方法，计算出地面特定位置处的离子流密度J3；
3)将地面离子流密度测量值J2与计算值J3进行比较。若相对误差大于规定值δ，则改变起晕场强初值；当相对误差小于规定值δ，则停止计算。当前起晕场强值即为导线的真实起晕场强值。
所述直流地面离子流密度计算方法可以采用通量线法、有限元法等。所述规定值δ的取值建议为5％以内。
以在海拔4300m的直流试验线段上的试验结果为例来说明本发明的详细实施过程。
参考图2所示，试验线段参数为：单回水平排列方式，导线极间距为6m，导线对地高度7m，导线为4×95mm2，海拔高度为4300m。在试验线段正极和负极导线对地投影的外侧，间隔一定的距离布置离子流密度测量仪。
在试验线段上从0开始施加双极直流电压，电压范围为0～±300kV，测量不同电压下、正极导线对地投影处的地面离子流密度，参考图3所示，由测量结果可知，当电压大于150kV时，地面离子流密度大于1nA/m2，因为可假定150kV即为视在起晕电压。
按照1.1～1.4倍视在起晕电压选择试验电压，试验电压范围为165kV～210kV，选择200kV电压作为试验电压，测量正极导线对地投影外侧3m处的地面离子流密度，通过统计分析，其统计平均值为76.8nA/m2。
设定导线表面起晕场强初值为10kV/m，不断改变导线表面起晕场强，利用基于通量线法的直流离子流密度计算方法，计算不同导线表面起晕场强对应的正极导线对地投影外侧3m处的地面离子流密度。将地面离子流密度实际测量值与计算值进行比对，若计算值大于测量值，则增加导线表面起晕场强初值；若计算值小于测量值，则减小导线表面起晕场强初值。当计算值小于测量值的相对误差小于5％时，可认为此时的导线表面场强即为真实的导线表面起晕场强。计算得到4×95mm2导线在海拔4300m下的起晕场强约为12.6kV/cm。基于该起晕场强计算得到地面离子流密度分布曲线，与实际测量结果的比较参考图4所示。
从而，根据直流输电线路离子流密度测量结果通过理论迭代计算获得导线起晕场强，具有简便易行和准确度高的优点。为我国直流输电线路导线表面场强准确预测提供了依据，可保证输电线路地面离子流密度水平能更好地满足环境保护要求。
可选地，根据地面特定位置处的离子流密度J2以及所述离子迁移率，通过迭代计算确定每导线表面起晕场强，包括：设定导线表面起晕场强初值；根据所述离子迁移率，计算出地面特定位置处的离子流密度J3；将所述离子流密度J2与所述离子流密度J3进行比较，确定相对误差；若所述相对误差大于预定误差值δ，则改变起晕场强初值；当相对误差小于规定值δ，则将当前起晕场强值确定为导线的真实起晕场强值。
可选地，根据所述离子迁移率，计算出地面特定位置处的离子流密度J3，包括：根据所述离子迁移率，采用通量线法或者有限元法，计算出地面特定位置处的离子流密度J3。
可选地，在试验线段上架设导线，包括：采用单极架设、单回水平架设或者单回垂直架设的方式，在试验线段上架设导线。
可选地，测量空气中的离子迁移率，包括：通过电压-电流曲线法、脉冲法或者迁移管法，测量空气中的离子迁移率。
从而，根据直流输电线路离子流密度测量结果通过理论迭代计算获得导线起晕场强，具有简便易行和准确度高的优点。为我国直流输电线路导线表面场强准确预测提供了依据，可保证输电线路地面离子流密度水平能更好地满足环境保护要求。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种基于离子流密度计算导线起晕场强的系统500。参考图5所示，该系统500包括：测量离子流密度J1模块510，用于在试验线段上架设导线，对所述导线施加直流电压，在线路下方地面特定位置处布置离子流密度测量仪，利用所述离子流密度测量仪测量地面处的离子流密度J1；确定视在起晕电压U1模块520，用于记录不同电压下的离子流密度J1，当离子流密度J1大于预定数值时，将相应的电压确定为视在起晕电压U1；测量离子流密度J2模块530，用于根据所述视在起晕电压U1确定特定电压，测量所述特定电压下的地面特定位置处的离子流密度J2；测量离子迁移率模块540，用于测量空气中的离子迁移率；确定起晕场强模块550，根据地面特定位置处的离子流密度J2以及所述离子迁移率，通过迭代计算确定导线表面起晕场强。
可选地，确定起晕场强模块550，包括：设定起晕场强初值子模块，用于设定导线表面起晕场强初值；计算离子流密度J3子模块，用于根据所述离子迁移率，计算出地面特定位置处的离子流密度J3；确定相对误差子模块，用于将所述离子流密度J2与所述离子流密度J3进行比较，确定相对误差；改变起晕场强初值子模块，用于若所述相对误差大于预定误差值δ，则改变起晕场强初值；确定真实起晕场强值子模块，用于当相对误差小于规定值δ，则将当前起晕场强值确定为导线的真实起晕场强值。
可选地，计算离子流密度J3子模块，包括：计算离子流密度J3单元，用于根据所述离子迁移率，采用通量线法或者有限元法，计算出地面特定位置处的离子流密度J3。
可选地，测量离子流密度J1模块510，包括：架设导线子模块，用于采用单极架设、单回水平架设或者单回垂直架设的方式，在试验线段上架设导线。
可选地，测量离子迁移率模块540，包括：测量离子迁移率子模块，用于通过电压-电流曲线法、脉冲法或者迁移管法，测量空气中的离子迁移率。
本发明的实施例的一种基于离子流密度计算导线起晕场强的系统500与本发明的另一个实施例的一种基于离子流密度计算导线起晕场强的方法100相对应，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于离子流密度计算导线起晕场强的方法，其特征在于，包括：
在试验线段上架设导线，对所述导线施加直流电压，在线路下方地面特定位置处布置离子流密度测量仪，利用所述离子流密度测量仪测量地面处的离子流密度J1；
记录不同电压下的离子流密度J1，当离子流密度J1大于预定数值时，将相应的电压确定为视在起晕电压U1；
根据所述视在起晕电压U1确定特定电压，测量所述特定电压下的地面特定位置处的离子流密度J2；
测量空气中的离子迁移率；
根据地面特定位置处的离子流密度J2以及所述离子迁移率，通过迭代计算确定导线表面起晕场强。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据地面特定位置处的离子流密度J2以及所述离子迁移率，通过迭代计算确定每导线表面起晕场强，包括：
设定导线表面起晕场强初值；
根据所述离子迁移率，计算出地面特定位置处的离子流密度J3；
将所述离子流密度J2与所述离子流密度J3进行比较，确定相对误差；
若所述相对误差大于预定误差值δ，则改变起晕场强初值；
当相对误差小于规定值δ，则将当前起晕场强值确定为导线的真实起晕场强值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述离子迁移率，计算出地面特定位置处的离子流密度J3，包括：
根据所述离子迁移率，采用通量线法或者有限元法，计算出地面特定位置处的离子流密度J3。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在试验线段上架设导线，包括：
采用单极架设、单回水平架设或者单回垂直架设的方式，在试验线段上架设导线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量空气中的离子迁移率，包括：
通过电压-电流曲线法、脉冲法或者迁移管法，测量空气中的离子迁移率。
6.一种基于离子流密度计算导线起晕场强的系统，其特征在于，包括：
测量离子流密度J1模块，用于在试验线段上架设导线，对所述导线施加直流电压，在线路下方地面特定位置处布置离子流密度测量仪，利用所述离子流密度测量仪测量地面处的离子流密度J1；
确定视在起晕电压U1模块，用于记录不同电压下的离子流密度J1，当离子流密度J1大于预定数值时，将相应的电压确定为视在起晕电压U1；
测量离子流密度J2模块，用于根据所述视在起晕电压U1确定特定电压，测量所述特定电压下的地面特定位置处的离子流密度J2；
测量离子迁移率模块，用于测量空气中的离子迁移率；
确定起晕场强模块，根据地面特定位置处的离子流密度J2以及所述离子迁移率，通过迭代计算确定导线表面起晕场强。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，确定起晕场强模块，包括：
设定起晕场强初值子模块，用于设定导线表面起晕场强初值；
计算离子流密度J3子模块，用于根据所述离子迁移率，计算出地面特定位置处的离子流密度J3；
确定相对误差子模块，用于将所述离子流密度J2与所述离子流密度J3进行比较，确定相对误差；
改变起晕场强初值子模块，用于若所述相对误差大于预定误差值δ，则改变起晕场强初值；
确定真实起晕场强值子模块，用于当相对误差小于规定值δ，则将当前起晕场强值确定为导线的真实起晕场强值。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，计算离子流密度J3子模块，包括：
计算离子流密度J3单元，用于根据所述离子迁移率，采用通量线法或者有限元法，计算出地面特定位置处的离子流密度J3。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，测量离子流密度J1模块，包括：
架设导线子模块，用于采用单极架设、单回水平架设或者单回垂直架设的方式，在试验线段上架设导线。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，测量离子迁移率模块，包括：
测量离子迁移率子模块，用于通过电压-电流曲线法、脉冲法或者迁移管法，测量空气中的离子迁移率。
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- 2021-05-07 CN CN202110494972.0A patent/CN113376444B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113376444B (zh) | 2023-12-05 |
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