一種500kV變電站工頻電場和磁場的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變電站內(nèi)工頻電場和磁場分布的計算技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種500KV 變電站工頻電場和磁場的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著我國電力需求的快速增長，電力工業(yè)發(fā)展逐步壯大，電網(wǎng)建設(shè)步伐不 斷加快，電磁輻射對人體健康的影響越來越受到人們的關(guān)注。由于人們對電磁輻射相關(guān)知 識的缺乏以及工頻電場和磁場的不易察覺性，使公眾對電磁輻射的認知容易產(chǎn)生誤區(qū)。為 此，了解和掌握變電站內(nèi)工頻電場和磁場的分布、并提出合理防護措施顯得尤為重要。
[0003] 目前，國內(nèi)外計算輸電線路工頻電場和磁場的主要方法有：等效電荷法、模擬電荷 法、邊界元法、仿真等效法、有限元法、矩量法。
[0004] 文獻 I《Working group 36. 10 CIGRE，Electric and magnetic fields produced by transmission systems. Description of phenomena practical guide for calculation》全面介紹了等效電荷法，該方法是最基本的計算方法，適用于未畸變輸電線 的工頻電場計算，尤其是計算靠近地面的電場強度。
[0005] 文獻 2 ((An effective modeling method to analyze electric field around transmission lines and substations using a generalized finite line charge〉〉介紹 了模擬電荷法，該方法主要計算輸電線附近有建筑物時的電場分布情況，但對復(fù)雜邊界條 件的問題，模擬電荷的個數(shù)難以確定。
[0006] 文獻3《特高壓交流變電站設(shè)備附近工頻電場計算》闡述了邊界元法，該方法可以 很好地處理無限遠的邊界問題，解決了無界區(qū)域中邊界情況難以確定的問題，但邊界元法 所求出的是邊界上的電位和電場，想要知道內(nèi)部的場分布，必須再用相應(yīng)的方程對每點逐 一計算。
[0007] 文獻4《基于上流有限元法對高壓直流輸電線路下合成電場的研究》、《有限元法 分析高壓架空線路附近電場分布》、《基于有限元法的工頻電磁場計算方法》介紹了有限元 法，該方法能將多個區(qū)域劃分為許多小單元，能計算不同導(dǎo)線布置的任一點的電場和磁場， 但對于求解開域問題仍需要耗費大量的計算時間。
[0008] 文獻5《應(yīng)用矩量法的變電站內(nèi)工頻電磁場計算及實測》對矩量法進行了說明， 矩量法是用未知場的積分方程去計算給定媒質(zhì)中場的分布，避免了復(fù)雜的模擬電荷配置問 題，但誤差較大，誤差范圍值在± (9%~30% )之間。
[0009] 除此之外，國內(nèi)外也曾有新方法對變電站電場和磁場計算的相關(guān)研究，但僅限于 考慮IlOkV變電站的部分模型，相對于設(shè)備眾多、間隔排列復(fù)雜的500kV變電站的建模計 算，國內(nèi)外目前尚沒有相關(guān)文獻報道。
[0010]目前，由于500kV變電站多采用3/2和4/3接線方式，并且設(shè)備較多、排列復(fù)雜， 上述傳統(tǒng)人工計算方法得出的結(jié)果和實測結(jié)果之間的誤差范圍約在±30%之間，準確度極 低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明提出一種500kV變電站工頻電場和磁場的計算方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中 500kV變電站工頻電場和磁場計算誤差大的問題。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0013] 一種500kV變電站工頻電場和磁場的計算方法，其方法步驟如下：
[0014] (1)計算空間電位分布的源區(qū)的電荷分布P v(x'，y'，z'），計算公式為
【主權(quán)項】
1. 一種500kV變電站工頻電場和磁場的計算方法，其特征在于，其方法步驟如下： (1) 計算空間電位分布的源區(qū)的電荷分布P v(x'，y'，z'），計算公式為 Z=1
, Pi(X'，y'，Z'）指源區(qū)內(nèi)離散位置上預(yù)先選定的電荷分布，h指待定未知系數(shù)，a i的計算 公式為 (2) 空間電位分布的
源區(qū)中任一點（x'，y'，z'）在點（x，y，z)產(chǎn)生的電位分布為 【
式中，R指點（X'，y'，Z'）和點（X，y, z)之間的距 離，V(x, y, z)是給定值； (3) 由步驟⑴和步驟（2)得出源區(qū)內(nèi)離散位置上預(yù)先選定的Pi (x'，y'z'）位置的電 荷Vji的計算公式為
_式中i = 1，2,. . . n, IRjiI = ，
t -I ·9 Rl ； (4) 由步驟⑵和步驟（3)得出 (5) 500kV變電站空間內(nèi)的磁場強度戈
中，I指導(dǎo)線中流 過的電流，h為導(dǎo)線的高度，L為500kV變電站空間內(nèi)任一點與導(dǎo)線的水平距離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種500kV變電站工頻電場和磁場的 計算方法，其特征在于，所述步驟⑷中V(x，y，z)表示為矩陣形式為

3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種500kV變電站工頻電場和磁場的計算方法，其特征在于， 所述步驟（1)中源區(qū)內(nèi)預(yù)先選定點的電荷分布的電壓值通過電磁場測試儀測量得出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種500kV變電站工頻電場和磁場的計算方法，其特征在于， 所述步驟（1)中P i (X'，y'，z'）選定的個數(shù)大于等于20個。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種500kV變電站工頻電場和磁場的計算方法，其方法步驟如下：計算空間電位分布的源區(qū)的電荷分布；計算源區(qū)內(nèi)離散位置上預(yù)先選定位置的電荷；計算500kV變電站空間內(nèi)的磁場強度。本發(fā)明的有益效果如下：利用本發(fā)明所述方法可對500kV變電站內(nèi)斷路器場的工頻電場、工頻磁場進行準確計算，為電磁輻射防護措施的制定以及可能出現(xiàn)的電磁環(huán)境糾紛問題提供理論計算依據(jù)；本發(fā)明所述方法首次提出了一種500kV典型變電站工頻電場和磁場準確計算方法，解決了無界區(qū)域中邊界情況難以確定的問題，避免了其它方法需要求解開域問題所耗費大量的計算時間，并且避免了需要采用復(fù)雜模擬電荷相互配置等問題。
【IPC分類】G01R29-08
【公開號】CN104655940
【申請?zhí)枴緾N201410668384
【發(fā)明人】沈鑫, 閆永梅, 曹敏, 馬紅升, 張林山
【申請人】云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年11月20日