一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法技術

本發明專利技術涉及一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法，該方法包括如下步驟：(1)建立三維坐標系，根據輸電線路和桿塔的分布情況在三維坐標系內采用三維線單元模擬電荷法建立輸電線路和桿塔的三維模型；(2)根據降雨情況在三維坐標系內采用三維點電荷模擬電荷法建立雨滴模型；(3)根據待計算電場強度區域的坐標，根據場強計算公式和疊加原理計算待計算電場強度區域的電場強度分布。與現有技術相比，本發明專利技術計算結果更加真實可靠，能夠計算各類輸電線路下方雨天時的電場分布，具有較高的適用性。

A method for calculating three dimensional electric field at the bottom of a transmission line in rainy days

The calculation method of the present invention relates to a wet transmission lines under the three dimensional electric field, the method comprises the following steps: (1) the establishment of three-dimensional coordinate system, according to the distribution of transmission line and tower in the 3D coordinate system using 3D line unit charge simulation method to establish the three-dimensional model of transmission line and tower; (2) according to rainfall in the three-dimensional coordinate system using 3D point charge model established by raindrop simulation charge; (3) to be calculated according to the coordinates of the field strength, electric field strength distribution according to field strength calculation formula and the superposition principle to calculate the field strength calculation. Compared with the prior art, the calculation result of the invention is more authentic and reliable, and can calculate the electric field distribution under the rainy days under various transmission lines, and has higher applicability.

【技術實現步驟摘要】
一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法
本專利技術涉及一種輸電線路下方三維電場的計算方法，尤其是涉及一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法。
技術介紹
隨著我國超高壓與特高壓輸電的高速發展，由此帶來的電磁環境問題，已經越來越受到備受社會與國民的關注。對于實際的輸電線路，需要考慮導線弧垂、桿塔的影響，其電場的計算是復雜的三維場問題。同時，線路實際運行在復雜的天氣環境下，其中以雨天和晴天為主，雨天的電場與晴天的電場的區別尚不明確，并且目前對雨天時電場的計算甚少，所以對于復雜天氣條件下的三維電場分析是很有必要的。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法，該方法包括如下步驟：(1)建立三維坐標系，根據輸電線路和桿塔的分布情況在三維坐標系內采用三維線單元模擬電荷法建立輸電線路和桿塔的三維模型；(2)根據降雨情況在三維坐標系內采用三維點電荷模擬電荷法建立雨滴模型；(3)根據待計算電場強度區域的坐標，根據場強計算公式和疊加原理計算待計算電場強度區域的電場強度分布。步驟(1)中三維線單元模擬電荷法建立輸電線路和桿塔的三維模型具體為：將輸電線路的導線或桿搭分別等效為若干段三維線單元電荷首尾相接構成，電荷位于三維線單元中心，匹配點以及校驗點設置在三維線單元表面，根據匹配點和校驗點進行電荷匹配和校驗確定三維線單元的線電荷密度。步驟(2)中三維點電荷模擬電荷法建立雨滴模型具體為：根據降雨情況確定兩個相鄰雨滴之間的距離為d米，確定區域邊界上雨滴的位置，在三維坐標系的x軸、y軸、z軸方向上以d米為間隔設置相鄰雨滴，并照此規律在設定區域內完成雨滴位置分布設置，區域內每個雨滴對應設置一個三維點電荷，電荷位于雨滴中心，匹配點和校驗點設置在雨滴表面，根據匹配點和校驗點進行電荷匹配和校驗確定三維點電荷的電荷量。所述的三維線單元的線電荷密度具體通過下述方式求得：(a1)假設三維線單元電荷首尾兩點的電荷量為τ1和τ2，并獲取首尾兩點對應的匹配點的電位V1和V2以及首尾兩點對應的校驗點的電位V3和V4；(a2)計算首尾兩點對相應的匹配點的電位系數為P1和P2，通過τ1＝V1/P1，τ2＝V2/P2求得首尾兩點的電荷量τ1和τ2；(a3)分別計算首尾兩點對相應的校驗點的電位系數為P3和P4，通過下式計算得到校驗點的電位V31和V41：V31＝P3*τ1，V41＝P4*τ2；(a4)分別求取V31與V3的差值以及V41與V4的差值，當差值小于設定值時執行步驟(a5)，否則返回步驟(a1)；(a5)三維線單元電荷中的電荷為線性分布，通過首尾兩點的電荷量τ1和τ2計算得到三維線單元的線電荷密度。三維點電荷的電荷量通過下述方式求得：(b1)假設三維點電荷的電荷量為q，并獲取三維點電荷上的匹配點的電位V5；(b2)計算三維點電荷對匹配點的電位系數為P5，通過q＝V/P5求得三維點電荷的電荷量；(b3)計算三維點電荷對校驗點的電位系數為P6，通過V51＝P5*q計算得到校驗點的電位V51；(b4)求取V51與V5的差值，當差值小于設定值時確定三維點電荷的電荷量為q，否則返回步驟(b1)。步驟(3)分別計算待計算電場強度區域中的各個點的電場強度從而得到電場強度分布，設求取電場強度的點為P點，P點電場強度計算公式如下：EPx＝EPx線+EPx點EPy＝EPy線+EPy點EPz＝EPz線+EPz點，EPx、EPy和EPz對應為P點電場場強在x方向、y方向和z方向的分量，EPx線、EPy線和EPz線對應為空間內所有三維線單元電荷在P點的電場強度在x方向、y方向和z方向的分量和，EPx點、EPy點和EPz點對應為空間內所有三維點電荷在P點的電場強度在x方向、y方向和z方向的分量和。相鄰雨滴之間的距離d通過如下公式求得：其中，D為已知的雨滴的直徑，vb為收尾速度，r為t時間段內的降雨總量，ρ水為水的密度，ρ空為空氣的密度，g為重力加速度，T為一次降雨的總時間，R為T時間段的降雨總量，t為T時間段內的某一時間段。某個三維線單元電荷在P點的電場強度在x方向、y方向和z方向的分量E′Pxxian、E′Pyxian和E′Pzxian通過下述方式計算得到：設三維線單元電荷的線單元起點為P1(x1,y1,z1)，終點為P2(x2,y2,z2)，設線單元長度為L，三維線單元的線電荷密度為τ(u)＝au+b，a、b為常數，u＝Lt(0≤t≤1)，P點坐標為P(x,y,z)，則三維線單元電荷在P點產生的電位為：其中，ε0為真空介電常數，A'＝a'L＝(-τ2+τ1)LB'＝b'＝-τ1τ(0)＝τ1，τ(L)＝τ2，b＝τ1，a＝(τ2-τ1)/L。某個三維點電荷在P點的電場強度在x方向、y方向和z方向的分量E′Pxdian、E′Pydian和E′Pzdian通過下述方式計算得到：設三維點電荷坐標為Q(x1,y1,z1)，P點坐標為P(x,y,z)，則三維點電荷在P點產生的電位為：其中，d為三維點電荷坐標為Q到P點的距離，q為三維點電荷的電荷量，ε為空氣介電常數；進而，與現有技術相比，本專利技術具有如下優點：(1)本專利技術結合三維線單元模擬電荷法和三維點電荷模擬電荷法，同時利用場強疊加原理，提出了一種用于計算雨天時輸電線路下方近地三維電場的計算方法，用于計算雨天時輸電線路下方近地電場，從而全面考慮了導線弧垂、桿塔、雨天因素，使得計算結果更加真實可靠，能夠計算各類輸電線路下方雨天時的電場分布，具有較高的適用性；(2)本專利技術通過相鄰雨滴之間的距離d的改變可以模擬大雨、中雨和小雨等不同的天氣狀況，使得計算結果更加貼合實際工況，結果更加可靠。附圖說明圖1為本專利技術雨天輸電線路下方三維電場的計算方法的流程框圖；圖2為三維線單元模擬電荷模型；圖3為三維點電荷模型；圖4為桿塔的三維模型；圖5為弧垂導線示意圖；圖6為晴天天氣下，桿塔中心距地1.5m處三維電場分布圖；圖7為小雨天氣下，桿塔中心距地1.5m處三維電場分布圖；圖8為桿塔中心距地1.5m處，晴天與小雨天電場分布比較圖；圖9為桿塔中心距地1.5m處，不同降雨等級的雨天電場分布比較圖；圖10為邊相下方距地1.5m處，不同氣象條下的電場分布比較圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細說明。實施例如圖1所示，一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法，該方法包括如下步驟：(1)建立三維坐標系，根據輸電線路和桿塔的分布情況在三維坐標系內采用三維線單元模擬電荷法建立輸電線路和桿塔的三維模型；(2)根據降雨情況在三維坐標系內采用三維點電荷模擬電荷法建立雨滴模型；(3)根據待計算電場強度區域的坐標，根據場強計算公式和疊加原理計算待計算電場強度區域的電場強度分布。步驟(1)中三維線單元模擬電荷法建立輸電線路和桿塔的三維模型具體為：將輸電線路的導線或桿搭分別等效為若干段三維線單元電荷首尾相接構成，電荷位于三維線單元中心，匹配點以及校驗點設置在三維線單元表面，根據匹配點和校驗點進行電荷匹配和校驗確定三維線單元的線電荷密度。步驟(2)中三維點電荷模擬電荷法建立雨滴模型具體為：根據降雨情況確定兩個相鄰雨滴之間的距離為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：(1)建立三維坐標系，根據輸電線路和桿塔的分布情況在三維坐標系內采用三維線單元模擬電荷法建立輸電線路和桿塔的三維模型；(2)根據降雨情況在三維坐標系內采用三維點電荷模擬電荷法建立雨滴模型；(3)根據待計算電場強度區域的坐標，根據場強計算公式和疊加原理計算待計算電場強度區域的電場強度分布。

【技術特征摘要】
1.一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：(1)建立三維坐標系，根據輸電線路和桿塔的分布情況在三維坐標系內采用三維線單元模擬電荷法建立輸電線路和桿塔的三維模型；(2)根據降雨情況在三維坐標系內采用三維點電荷模擬電荷法建立雨滴模型；(3)根據待計算電場強度區域的坐標，根據場強計算公式和疊加原理計算待計算電場強度區域的電場強度分布。2.根據權利要求1所述的一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法，其特征在于，步驟(1)中三維線單元模擬電荷法建立輸電線路和桿塔的三維模型具體為：將輸電線路的導線或桿搭分別等效為若干段三維線單元電荷首尾相接構成，電荷位于三維線單元中心，匹配點以及校驗點設置在三維線單元表面，根據匹配點和校驗點進行電荷匹配和校驗確定三維線單元的線電荷密度。3.根據權利要求2所述的一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法，其特征在于，步驟(2)中三維點電荷模擬電荷法建立雨滴模型具體為：根據降雨情況確定兩個相鄰雨滴之間的距離為d米，確定區域邊界上雨滴的位置，在三維坐標系的x軸、y軸、z軸方向上以d米為間隔設置相鄰雨滴，并照此規律在設定區域內完成雨滴位置分布設置，區域內每個雨滴對應設置一個三維點電荷，電荷位于雨滴中心，匹配點和校驗點設置在雨滴表面，根據匹配點和校驗點進行電荷匹配和校驗確定三維點電荷的電荷量。4.根據權利要求2所述的一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法，其特征在于，所述的三維線單元的線電荷密度具體通過下述方式求得：(a1)假設三維線單元電荷首尾兩點的電荷量為τ1和τ2，并獲取首尾兩點對應的匹配點的電位V1和V2以及首尾兩點對應的校驗點的電位V3和V4；(a2)計算首尾兩點對相應的匹配點的電位系數為P1和P2，通過τ1＝V1/P1，τ2＝V2/P2求得首尾兩點的電荷量τ1和τ2；(a3)分別計算首尾兩點對相應的校驗點的電位系數為P3和P4，通過下式計算得到校驗點的電位V31和V41：V31＝P3*τ1，V41＝P4*τ2；(a4)分別求取V31與V3的差值以及V41與V4的差值，當差值小于設定值時執行步驟(a5)，否則返回步驟(a1)；(a5)三維線單元電荷中的電荷為線性分布，通過首尾兩點的電荷量τ1和τ2計算得到三維線單元的線電荷密度。5.根據權利要求3所述的一種雨天輸電線路下方三維電場的計算方法，其特征在于，三維點電荷的電荷量通過下述方式求得：(b1)假設三維點電荷的電荷量為q，并獲取三維點電荷上的匹配點的電位V5；(b2)計算三維點電荷對匹配點的電位系數為P5，通過q＝V/P5求得三維點電荷的電荷量；(b3)計算三維點電荷對校驗點的電位系數為P6，通過V51＝P5*q計算得到校驗點的電位V51；(b4)求取V51與V5的差值，當差值小于設定值時確定三維點電荷的電荷量為q，否則返回步驟(b1)。6.根據權利要求3所述的一種雨天輸電線路下方三維電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬愛清，陳健，趙天成，林鵬遠，梁家凡，徐捷立，
申請(專利權)人：上海電力學院，
類型：發明
國別省市：上海,31