一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法，该方法包括如下步骤：(1)建立三维坐标系，根据输电线路和杆塔的分布情况在三维坐标系内采用三维线单元模拟电荷法建立输电线路和杆塔的三维模型；(2)根据降雨情况在三维坐标系内采用三维点电荷模拟电荷法建立雨滴模型；(3)根据待计算电场强度区域的坐标，根据场强计算公式和叠加原理计算待计算电场强度区域的电场强度分布。与现有技术相比，本发明专利技术计算结果更加真实可靠，能够计算各类输电线路下方雨天时的电场分布，具有较高的适用性。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法
本专利技术涉及一种输电线路下方三维电场的计算方法，尤其是涉及一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法。
技术介绍
随着我国超高压与特高压输电的高速发展，由此带来的电磁环境问题，已经越来越受到备受社会与国民的关注。对于实际的输电线路，需要考虑导线弧垂、杆塔的影响，其电场的计算是复杂的三维场问题。同时，线路实际运行在复杂的天气环境下，其中以雨天和晴天为主，雨天的电场与晴天的电场的区别尚不明确，并且目前对雨天时电场的计算甚少，所以对于复杂天气条件下的三维电场分析是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法，该方法包括如下步骤：(1)建立三维坐标系，根据输电线路和杆塔的分布情况在三维坐标系内采用三维线单元模拟电荷法建立输电线路和杆塔的三维模型；(2)根据降雨情况在三维坐标系内采用三维点电荷模拟电荷法建立雨滴模型；(3)根据待计算电场强度区域的坐标，根据场强计算公式和叠加原理计算待计算电场强度区域的电场强度分布。步骤(1)中三维线单元模拟电荷法建立输电线路和杆塔的三维模型具体为：将输电线路的导线或杆搭分别等效为若干段三维线单元电荷首尾相接构成，电荷位于三维线单元中心，匹配点以及校验点设置在三维线单元表面，根据匹配点和校验点进行电荷匹配和校验确定三维线单元的线电荷密度。步骤(2)中三维点电荷模拟电荷法建立雨滴模型具体为：根据降雨情况确定两个相邻雨滴之间的距离为d米，确定区域边界上雨滴的位置，在三维坐标系的x轴、y轴、z轴方向上以d米为间隔设置相邻雨滴，并照此规律在设定区域内完成雨滴位置分布设置，区域内每个雨滴对应设置一个三维点电荷，电荷位于雨滴中心，匹配点和校验点设置在雨滴表面，根据匹配点和校验点进行电荷匹配和校验确定三维点电荷的电荷量。所述的三维线单元的线电荷密度具体通过下述方式求得：(a1)假设三维线单元电荷首尾两点的电荷量为τ1和τ2，并获取首尾两点对应的匹配点的电位V1和V2以及首尾两点对应的校验点的电位V3和V4；(a2)计算首尾两点对相应的匹配点的电位系数为P1和P2，通过τ1＝V1/P1，τ2＝V2/P2求得首尾两点的电荷量τ1和τ2；(a3)分别计算首尾两点对相应的校验点的电位系数为P3和P4，通过下式计算得到校验点的电位V31和V41：V31＝P3*τ1，V41＝P4*τ2；(a4)分别求取V31与V3的差值以及V41与V4的差值，当差值小于设定值时执行步骤(a5)，否则返回步骤(a1)；(a5)三维线单元电荷中的电荷为线性分布，通过首尾两点的电荷量τ1和τ2计算得到三维线单元的线电荷密度。三维点电荷的电荷量通过下述方式求得：(b1)假设三维点电荷的电荷量为q，并获取三维点电荷上的匹配点的电位V5；(b2)计算三维点电荷对匹配点的电位系数为P5，通过q＝V/P5求得三维点电荷的电荷量；(b3)计算三维点电荷对校验点的电位系数为P6，通过V51＝P5*q计算得到校验点的电位V51；(b4)求取V51与V5的差值，当差值小于设定值时确定三维点电荷的电荷量为q，否则返回步骤(b1)。步骤(3)分别计算待计算电场强度区域中的各个点的电场强度从而得到电场强度分布，设求取电场强度的点为P点，P点电场强度计算公式如下：EPx＝EPx线+EPx点EPy＝EPy线+EPy点EPz＝EPz线+EPz点，EPx、EPy和EPz对应为P点电场场强在x方向、y方向和z方向的分量，EPx线、EPy线和EPz线对应为空间内所有三维线单元电荷在P点的电场强度在x方向、y方向和z方向的分量和，EPx点、EPy点和EPz点对应为空间内所有三维点电荷在P点的电场强度在x方向、y方向和z方向的分量和。相邻雨滴之间的距离d通过如下公式求得：其中，D为已知的雨滴的直径，vb为收尾速度，r为t时间段内的降雨总量，ρ水为水的密度，ρ空为空气的密度，g为重力加速度，T为一次降雨的总时间，R为T时间段的降雨总量，t为T时间段内的某一时间段。某个三维线单元电荷在P点的电场强度在x方向、y方向和z方向的分量E′Pxxian、E′Pyxian和E′Pzxian通过下述方式计算得到：设三维线单元电荷的线单元起点为P1(x1,y1,z1)，终点为P2(x2,y2,z2)，设线单元长度为L，三维线单元的线电荷密度为τ(u)＝au+b，a、b为常数，u＝Lt(0≤t≤1)，P点坐标为P(x,y,z)，则三维线单元电荷在P点产生的电位为：其中，ε0为真空介电常数，A'＝a'L＝(-τ2+τ1)LB'＝b'＝-τ1τ(0)＝τ1，τ(L)＝τ2，b＝τ1，a＝(τ2-τ1)/L。某个三维点电荷在P点的电场强度在x方向、y方向和z方向的分量E′Pxdian、E′Pydian和E′Pzdian通过下述方式计算得到：设三维点电荷坐标为Q(x1,y1,z1)，P点坐标为P(x,y,z)，则三维点电荷在P点产生的电位为：其中，d为三维点电荷坐标为Q到P点的距离，q为三维点电荷的电荷量，ε为空气介电常数；进而，与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术结合三维线单元模拟电荷法和三维点电荷模拟电荷法，同时利用场强叠加原理，提出了一种用于计算雨天时输电线路下方近地三维电场的计算方法，用于计算雨天时输电线路下方近地电场，从而全面考虑了导线弧垂、杆塔、雨天因素，使得计算结果更加真实可靠，能够计算各类输电线路下方雨天时的电场分布，具有较高的适用性；(2)本专利技术通过相邻雨滴之间的距离d的改变可以模拟大雨、中雨和小雨等不同的天气状况，使得计算结果更加贴合实际工况，结果更加可靠。附图说明图1为本专利技术雨天输电线路下方三维电场的计算方法的流程框图；图2为三维线单元模拟电荷模型；图3为三维点电荷模型；图4为杆塔的三维模型；图5为弧垂导线示意图；图6为晴天天气下，杆塔中心距地1.5m处三维电场分布图；图7为小雨天气下，杆塔中心距地1.5m处三维电场分布图；图8为杆塔中心距地1.5m处，晴天与小雨天电场分布比较图；图9为杆塔中心距地1.5m处，不同降雨等级的雨天电场分布比较图；图10为边相下方距地1.5m处，不同气象条下的电场分布比较图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例如图1所示，一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法，该方法包括如下步骤：(1)建立三维坐标系，根据输电线路和杆塔的分布情况在三维坐标系内采用三维线单元模拟电荷法建立输电线路和杆塔的三维模型；(2)根据降雨情况在三维坐标系内采用三维点电荷模拟电荷法建立雨滴模型；(3)根据待计算电场强度区域的坐标，根据场强计算公式和叠加原理计算待计算电场强度区域的电场强度分布。步骤(1)中三维线单元模拟电荷法建立输电线路和杆塔的三维模型具体为：将输电线路的导线或杆搭分别等效为若干段三维线单元电荷首尾相接构成，电荷位于三维线单元中心，匹配点以及校验点设置在三维线单元表面，根据匹配点和校验点进行电荷匹配和校验确定三维线单元的线电荷密度。步骤(2)中三维点电荷模拟电荷法建立雨滴模型具体为：根据降雨情况确定两个相邻雨滴之间的距离为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)建立三维坐标系，根据输电线路和杆塔的分布情况在三维坐标系内采用三维线单元模拟电荷法建立输电线路和杆塔的三维模型；(2)根据降雨情况在三维坐标系内采用三维点电荷模拟电荷法建立雨滴模型；(3)根据待计算电场强度区域的坐标，根据场强计算公式和叠加原理计算待计算电场强度区域的电场强度分布。

【技术特征摘要】
1.一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)建立三维坐标系，根据输电线路和杆塔的分布情况在三维坐标系内采用三维线单元模拟电荷法建立输电线路和杆塔的三维模型；(2)根据降雨情况在三维坐标系内采用三维点电荷模拟电荷法建立雨滴模型；(3)根据待计算电场强度区域的坐标，根据场强计算公式和叠加原理计算待计算电场强度区域的电场强度分布。2.根据权利要求1所述的一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法，其特征在于，步骤(1)中三维线单元模拟电荷法建立输电线路和杆塔的三维模型具体为：将输电线路的导线或杆搭分别等效为若干段三维线单元电荷首尾相接构成，电荷位于三维线单元中心，匹配点以及校验点设置在三维线单元表面，根据匹配点和校验点进行电荷匹配和校验确定三维线单元的线电荷密度。3.根据权利要求2所述的一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法，其特征在于，步骤(2)中三维点电荷模拟电荷法建立雨滴模型具体为：根据降雨情况确定两个相邻雨滴之间的距离为d米，确定区域边界上雨滴的位置，在三维坐标系的x轴、y轴、z轴方向上以d米为间隔设置相邻雨滴，并照此规律在设定区域内完成雨滴位置分布设置，区域内每个雨滴对应设置一个三维点电荷，电荷位于雨滴中心，匹配点和校验点设置在雨滴表面，根据匹配点和校验点进行电荷匹配和校验确定三维点电荷的电荷量。4.根据权利要求2所述的一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法，其特征在于，所述的三维线单元的线电荷密度具体通过下述方式求得：(a1)假设三维线单元电荷首尾两点的电荷量为τ1和τ2，并获取首尾两点对应的匹配点的电位V1和V2以及首尾两点对应的校验点的电位V3和V4；(a2)计算首尾两点对相应的匹配点的电位系数为P1和P2，通过τ1＝V1/P1，τ2＝V2/P2求得首尾两点的电荷量τ1和τ2；(a3)分别计算首尾两点对相应的校验点的电位系数为P3和P4，通过下式计算得到校验点的电位V31和V41：V31＝P3*τ1，V41＝P4*τ2；(a4)分别求取V31与V3的差值以及V41与V4的差值，当差值小于设定值时执行步骤(a5)，否则返回步骤(a1)；(a5)三维线单元电荷中的电荷为线性分布，通过首尾两点的电荷量τ1和τ2计算得到三维线单元的线电荷密度。5.根据权利要求3所述的一种雨天输电线路下方三维电场的计算方法，其特征在于，三维点电荷的电荷量通过下述方式求得：(b1)假设三维点电荷的电荷量为q，并获取三维点电荷上的匹配点的电位V5；(b2)计算三维点电荷对匹配点的电位系数为P5，通过q＝V/P5求得三维点电荷的电荷量；(b3)计算三维点电荷对校验点的电位系数为P6，通过V51＝P5*q计算得到校验点的电位V51；(b4)求取V51与V5的差值，当差值小于设定值时确定三维点电荷的电荷量为q，否则返回步骤(b1)。6.根据权利要求3所述的一种雨天输电线路下方三维电...

【专利技术属性】
技术研发人员：马爱清，陈健，赵天成，林鹏远，梁家凡，徐捷立，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31