CN114184850A - 一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，包括如下步骤：在输电线路下方放置感应导体球，测量感应导体球的电压；在无输电线路的空间中，放置测试导体球，并向测试导体球施加测试电压；修正输电线路产生的感应电压，建立测试导体球的电荷密度与输电线路产生的感应电压之间的函数关系；利用模拟电荷法计算测试导体球的电荷密度；建立输电线下方电场强度值与感应导体球的测量电压之间的函数关系；计算校正系数，得出输电线路下方空间电位；本发明可在获取待测点高度后提前计算校正系数，利用校正系数直接计算得出输电线路下方空间电位。一方面保证数据的准确性，另一方面，无需复杂测量装置，步骤简便，测量的便利性大大提高。

Description

一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法

技术领域

本发明涉及高压输电线路参数测量技术领域，具体而言，涉及一种基 于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法。

背景技术

电力系统中通常采用35kV、110kV、220kV、330kV、500kV等高压或 超高压输电线路进行电力输送，部分输电线路也会采用1000kV以上的特高 压输电线路进行输送，电压等级越高，输送电力效率越高、损耗越小。因 此在输电线路不断建设的过程中，随着电压等级不断增高，输电线周围电 磁环境变得越来越复杂，且输电线路通常需要横跨公路、铁路、农场、牧 场以及城市等居民生活区或人员密集区，复杂的电磁环境将直接对周围居 民生活产生影响，因此需对输电线周围空间区域的电压进行检测，严格将 输电线路产生的感应电压控制在安全范围内，对不符合标准的输电线路及 时进行治理。

而目前输电线周围空间区域的电压测量方法，计算粗略，且步骤复杂， 对测量后电压进行的修正不够准确，无法对输电线路下方电磁干扰产生的 环保投诉及纠纷进行可靠指导，难以在输电线路下方电磁干扰不符合标准 时及时有效的进行治理。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在输电线路下方空间电磁干扰容易 影响线路周围居民生产生活，现有的测量方法，计算粗略，步骤复杂，结 果不够精确，导致延误输电线路所产生电磁干扰的治理的技术问题之一。

为此，本发明提供了一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方 法。

本发明提供了一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，包 括如下步骤：

S1、在输电线路下方放置感应导体球，通过电压测量装置测量感应导体球 的电压；

S2、在无输电线路的空旷空间中，放置测试导体球，并向测试导体球施加 测试电压，所述测试导体球与感应导体球的对地高度相同；

S3、修正输电线路对感应导体球产生的感应电压，并建立测试导体球的电 荷密度与输电线路对感应导体球产生的感应电压之间的函数关系；

S4、利用模拟电荷法计算测试导体球的电荷密度；

S5、根据S4中测试导体球的电荷密度，建立输电线下方电场强度值与感 应导体球的测量电压之间的函数关系；

S6、计算感应导体球球心处电位与感应导体球测量电压之间的校正系数， 得出输电线路下方空间电位。

进一步地，所述感应导体球和测试导体球体积相同、材质相同，均为球壳 结构，在同一对地高度下，感应导体球和测试导体球的电容值相同，则：

其中：Q_a为感应导体球所带电荷，V_a为感应导体球所带电荷对测量点的产 生的电压，Q_b为测试导体球所带电荷，V_b为对测试导体球施加的电压。

进一步地，感应导体球的测量电压V_OC包括输电线路对感应导体球测量点 产生的感应电压V_a,powerLine和感应导体球所带电荷对测量点的产生的电压V_a， 即：

V_oc＝V_a,powerLine+V_a (2)。

进一步地，S3中导体球的电荷密度与输电线路对感应导体球产生的感应 电压之间的函数关系如下：

∮_sρ_bV_a,powerLineds＝V_ocCV_b (3)；

其中，ρ_b为测试导体球的电荷密度。

进一步地，测试导体球的电荷密度计算方法如下：

S41、将测试导体球与地面垂直的轴线分为n个模拟电荷，测试导体球在 模拟电荷所在水平面上形成n个带电圆环，列写带电圆环上任一点k的电位方 程，计算每个模拟电荷的电荷量；

S42、根据S41中得出的每个模拟电荷的电荷量列写测试导体球外任一点 的电位方程；

S43、计算测试导体球的电荷密度。

进一步地，S5中输电线下方电场强度值E₀与感应导体球的测量电压V_oc之 间的函数关系如下：

其中，h为感应导体球球心距离地面高度，r为感应导体球的球径。

进一步地，输电线路下方电场强度值E₀为：

其中：

进一步地，对测试导体球施加的电压V_b为1V，且感应导体球的半径远小 于感应导体球球心距离地面的高度，则测试导体球感应导体球球心处电位与感 应导体球测量电压之间的校正系数k为：

其中ε₀为介电常数。

进一步地，感应导体球球心处电位的计算方法如下：

V₀＝k·V_oc (8)。

进一步地，所述电压测量装置包括高阻分压器，通过高阻分压器将感应导 体球的测量电压转化为符合电压表量程的待测电压。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明根据互易定理，根据电压与电场之间的关系，将测量装置的电压利 用本发明的电压修正系数进行修正，确定输电线路下方空间电位的实际数值； 可在获取待测点高度后提前计算仅与测试导体球参数相关的校正系数k，利用 校正系数直接计算得出输电线路下方空间电位。一方面保证数据的准确性，另 一方面，无需复杂测量装置，步骤简便，测量的便利性大大提高。

本发明测量原理可靠，测量精度高，实现成本低，解决电压的稳定、准确、 安全测量的问题，提升输电线下方电压测量的水平，最终得出数据，可作为处 置环保纠纷及电磁环境治理的可靠依据。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明 的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中 将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的一种基于电场互易的输电线路下方空间电 位测量方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的一种基于电场互易的输电线路下方空间电 位测量方法中在输电线路下方进行的caseA测试图；

图3是本发明一个实施例的一种基于电场互易的输电线路下方空间电 位测量方法中在无输电线路的空旷空间进行的caseB测试图；

图4是本发明一个实施例的一种基于电场互易的输电线路下方空间电 位测量方法中利用模拟电荷法计算测试导体球电荷密度的原理图；

图5是本发明一个实施例的一种基于电场互易的输电线路下方空间电 位测量方法中输电线路下方电场强度分布的原理图；

其中，图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、感应导体球；2、测试导体球；3、输电导线；4、电压测量装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附 图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不 冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是， 本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保 护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图5来描述根据本发明一些实施例提供的一种基于电 场互易的输电线路下方空间电位测量方法。

本申请的一些实施例提供了一种基于电场互易的输电线路下方空间电 位测量方法。

S1、如图1所示，本发明第一个实施例提出了一种基于电场互易的输电 线路下方空间电位测量方法，包括以下步骤：

S2、如图2所示，进行caseA测试，在输电导线3下方放置感应导体 球1，感应导体球1为良导体薄球壳，如铜质球壳，通过电压测量装置4 测量感应导体球1的电压；所述电压测量装置4包括高阻分压器，通过高 阻分压器将感应导体球1的测量电压转化为符合电压表量程的待测电压， 高阻分压器与电压表相连，高阻分压器将输电线路向感应导体球1施加的 高电压转变为适合电压表测量的低电压，保证测量过程的人身和设备安全。

如图3所示，进行caseB测试，将与感应导体球1体积相同、材质相 同的薄球壳作为测试导体球2放置在无输电线路的空旷空间中，并向测试 导体球2施加测试电压V_b，图2和图3中测试导体球2与感应导体球1的 对地高度相同；作为优选的，可直接将感应导体球1作为测试导体球2， 使同一球体位于同一高度分别在有输电线路和无输电线路的情况下进行测 试，二者的测试环境条件相同，环境条件包括但不限于温度、湿度、风力 等。

由于caseA和caseB使用相同导体球在相同环境条件下进行两种情况 的测试，且对地高度相同，则感应导体球1和测试导体球2的电容值相同， 即：

其中：Q_a为感应导体球1所带电荷，V_a为感应导体球1所带电荷对测 量点的产生的电压，Q_b为测试导体球2所带电荷，V_b为对测试导体球2施 加的电压，C为感应导体球1和测试导体球2的对地电容。

根据互易定理，则有：

Q_a·V_b＝Q_b·V_a (2)

由于导体球的电荷与导体球的电荷密度有关，即

Q_a＝∮_sρ_ads (3)；

Q_b＝∮_sρ_bds (4)；

把公式(3)、(4)代入公式(2)则可得：

∮_sρ_bV_ads＝∮_sρ_aV_bds (5)；

其中，ρ_a为感应导体球1在caseA下的电荷密度，ρ_b为测试导体球2在 caseB下的电荷密度。

S3、修正输电线路对感应导体球1产生的感应电压，并建立测试导体球2 的电荷密度与输电线路对感应导体球1产生的感应电压之间的函数关系；

进行caseA测试时，感应导体球1的测量电压V_oc包括输电线路对感应导 体球1测量点产生的感应电压V_a,powerLine和感应导体球1所带电荷对测量点的 产生的电压V_a，即：

V_oc＝V_a,powerLine+V_a (6)；

则有：

V_a＝V_oc-V_a,powerLine (7)；

将式(7)带入式(5)可得：

∮_sρ_b(V_oc-V_{a，powerLine})ds＝∮_sρ_aV_bds (8)

当感应导体球1位于输电导线3下方时，∮_sρ_ads＝0，则有：

V_oc∮_sρ_bds＝∮_sρ_bV_a,powerLineds (9)；

将公式(1)和公式(4)带入公式(9)，则导体球的电荷密度与输电线 路对感应导体球1产生的感应电压之间的函数关系如下：

∮ρ_bV_{a，powerLine}ds＝V_ocCV_b (10)；

S4、如图4所示，利用模拟电荷法计算测试导体球2的电荷密度，步骤如 下：

S41、将测试导体球2与地面垂直的轴线分为n个模拟电荷，测试导体球 2在n个模拟电荷所在水平面上形成n个带电圆环，则第i个带电圆环上任一 点k的电位为所有模拟电荷所带电荷量对k点影响的叠加，则k点的电位方程 如下：

其中，Q_i为n个模拟电荷中第i个模拟电荷所带电荷量，r_i为第i个模拟 电荷与k点之间的距离。

k点的电位与对测试导体球2施加的电压V_b数值相等，V_b已知，则可以求 解Q_i，n的取值越大，则计算结果精度越高

S42、根据S41中得出的每个模拟电荷的电荷量列写测试导体球2外任一 点w的电位方程如下：

其中，R_i为第i个模拟电荷与点W之间的距离

S43、采用模拟电荷法计算测试导体球2的电荷密度，计算方法如下：

其中R为空间内任意一点到导体球球心处的距离，r为导体球半径。

S5、根据S4中测试导体球2的电荷密度，建立输电线下方电场强度值E₀与 感应导体球1的测量电压V_oc之间的函数关系；

如图5所示，输电导线3下方垂直方向近似为匀强电场，则：

ds＝2πrsinθdθ (15)；

其中，r为导体球的半径，h为导体球球心距地面高度；

将式(14)、(15)带入式(10)则有：

令：

则输电线路下方电场强度值E₀为：

S6、计算感应导体球1球心处电位与感应导体球1测量电压之间的校正系数， 得出输电线路下方空间电位；

根据式(18)球心处电位V₀为：

当r＜＜h，且对测试导体球2施加的电压V_b为1V时：

则令测试导体球2感应导体球1球心处电位与感应导体球1测量电压之间的 校正系数k为：

计算得出校正系数后，感应导体球1球心处电位的计算方法如下：

V₀＝k·V_oc (22)。

将球心位于空间内任一点，即可得出输电线路下方空间电位。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实 施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点 包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意 性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材 料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

Claims (10)

1.一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在输电线路下方放置感应导体球，通过电压测量装置测量感应导体球的电压；

S2、在无输电线路的空旷空间中，放置测试导体球，并向测试导体球施加测试电压，所述测试导体球与感应导体球的对地高度相同；

S3、修正输电线路对感应导体球产生的感应电压，并建立测试导体球的电荷密度与输电线路对感应导体球产生的感应电压之间的函数关系；

S4、利用模拟电荷法计算测试导体球的电荷密度；

S5、根据S4中测试导体球的电荷密度，建立输电线下方电场强度值与感应导体球的测量电压之间的函数关系；

S6、计算感应导体球球心处电位与感应导体球测量电压之间的校正系数，得出输电线路下方空间电位。

2.根据权利要求1所述的一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，其特征在于，所述感应导体球和测试导体球体积相同、材质相同，均为球壳结构，在同一对地高度下，感应导体球和测试导体球的电容值相同，则：

其中：Q_a为感应导体球所带电荷，V_a为感应导体球所带电荷对测量点的产生的电压，Q_b为测试导体球所带电荷，V_b为对测试导体球施加的电压。

3.根据权利要求1所述的一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，其特征在于，感应导体球的测量电压V_OC包括输电线路对感应导体球测量点产生的感应电压V_{a，powerLine}和感应导体球所带电荷对测量点的产生的电压V_a，即：

V_oc＝V_{a，powerLine}+V_a (2)。

4.根据权利要求1所述的一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，其特征在于，S3中导体球的电荷密度与输电线路对感应导体球产生的感应电压之间的函数关系如下：

其中，ρ_b为测试导体球的电荷密度。

5.根据权利要求1所述的一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，其特征在于，测试导体球的电荷密度计算方法如下：

S41、将测试导体球与地面垂直的轴线分为n个模拟电荷，测试导体球在模拟电荷所在水平面上形成n个带电圆环，列写带电圆环上任一点k的电位方程，计算每个模拟电荷的电荷量；

S42、根据S41中得出的每个模拟电荷的电荷量列写测试导体球外任一点的电位方程；

S43、计算测试导体球的电荷密度。

6.根据权利要求1所述的一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，其特征在于，S5中输电线下方电场强度值E₀与感应导体球的测量电压V_oc之间的函数关系如下：

其中，h为感应导体球球心距离地面高度，r为感应导体球的球径。

7.根据权利要求6所述的一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，其特征在于，输电线路下方电场强度值E₀为：

其中：

8.根据权利要求7所述的一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，其特征在于，对测试导体球施加的电压V_b为1V，且感应导体球的半径远小于感应导体球球心距离地面的高度，则测试导体球感应导体球球心处电位与感应导体球测量电压之间的校正系数k为：

其中ε₀为介电常数。

9.根据权利要求8所述的一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，其特征在于，感应导体球球心处电位的计算方法如下：

V₀＝k·V_oc (8)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的一种基于电场互易的输电线路下方空间电位测量方法，其特征在于，所述电压测量装置包括高阻分压器，通过高阻分压器将感应导体球的测量电压转化为符合电压表量程的待测电压。

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