[发明专利]一种交直流输电线路交叉跨越区域下方电场的计算方法

说明书

本发明公开了一种交直流输电线路交叉跨越区域下方电场的计算方法，涉及高电压输电技术和电磁场计算领域，包括计算各空间节点某时刻的标称电场、初始化空间电荷密度、计算合成电场、运用特征线法更新电场线上的空间电荷密度分布、计算空间节点上不同时刻对应的空间电荷密度、收敛判断，从而得到交直流输电线路交叉跨越区域下方电场。本发明的计算方法具有计算结果准确，计算工作量小的特点。

技术领域

本发明涉及高电压输电技术和电磁场计算领域，用于计算超高压交输电线路和直流输电线路交叉跨越时线路下方的电场。

背景技术

由于输电线路内部有电流通过，输电线路本身在其周围空间内会产生标称电场，又由于输电线路的电晕现象，输电线路周围的空气会发生电离形成带电粒子。交流输电线路发生电晕时，由于导线电压的极性周期性变化，上半个周期因电晕放电使空气电离产生的离子，在下半个周期因电压极性改变，又几乎被全部拉回导线，这样使得电离出的离子基本被束缚在导线附近，导线与大地间的广大空间不存在带电粒子。直流导线的输电电压的极性是固定的，在直流线路两极导线之间以及极导线与大地之间的整个区域内，将充满空间电荷，这些空间电荷也会产生一定的电场强度，会对地面和周围空间产生影响，也会使由导线内的电荷所产生的标称电场产生畸变，总体上的效应是使合成电场增加。当空间电荷运动到地面后，会被地面吸收，因此在输电线路下方的空间内，还会形成具有一定密度的离子流，这就是直流输电线路的离子流场。

如果输电线路仅仅有一条，输电线路对地面的影响可以简化为线性关系，但是如果有两条输电线路互相交叉，两条输电线路则均会对地面形成影响，在输电线路下方的三维空间内就存在三维的空间电场，地面上呈现的电场强度也不是简单的二维电场的叠加。当交流线路与直流线路交叉跨越时，尤其是超高压输电线路交叉跨越时，交流线路与直流线路会互相影响，交叉跨越区域周围的电场及电磁环境就变的非常复杂，不但是非线性的，而且还随着交流电波动而时刻发生变化。交流线路会对直流输电线路的导线表面的电位产生影响，直流导线上的等效电荷也会发生变化，从而使直流标称电场发生变化，并且由于交流电的周期性变化，部分空间电荷在交流输电线路附近进行往复运动，交流和直流相互影响，交叉跨越的三维空间内的空间电场同时具有非线性和时变的特点，这样会大大增加计算的难度。而在进行线路设计时，对于电场强度的计算是必须考虑的。在我国DL/T1088-2008、DL/T1187-2012、GB15707-1995等标准中，分别对交、直流输电线路的电磁环境参数进行了数值的限定，考虑到其对周围环境及居民的影响，在线路的运行过程中，该线路的电磁环境参数不能超过这些标准的限值。因此在线路设计时需要对输电线路对地面的电场和离子流场进行计算。

当前对于求解三维空间电荷存在时的电场和离子流场的方法，常用的方法是基于Deutsch假设的解法和基于迭代思想的数值解法(如有限元等方法)。但基于Deutsch假设的解法忽略了空间电荷对电场的畸变作用，致使空间电场计算不精确。有限元方法等采用迭代的方式，通过轮流求解合成电场和离子流场从而获得稳定解，稳定性较好，但当需要计算区域是复杂模型或三维区域内存在大尺寸的建筑物时，迭代算法的计算量巨大，特别是在计算三维模型时，该方法所需要的计算时间短则十几天长则几十天，所花费的代价很高。交流输电线路与直流输电导线交叉跨越时，由于其周围的空间电场存在时变和非线性特性，有限元等方法需要付出比在仅是直流三维交叉跨越时更高的计算代价。对于超高压直流输电线路和交流输电线路交叉跨越区域的下方电场和离子流场的计算，目前尚且没有精确而且快速的算法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种交直流输电线路交叉跨越区域下方电场的计算方法，具有计算结果准确，计算工作量小的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种交直流输电线路交叉跨越区域下方电场的计算方法，包括以下步骤：

1)在交直流输电线路交叉跨越区域形成虚拟的网格，确定各空间节点的位置，并设定交流电一个周期内的某一时刻，计算空间节点该时刻的标称电场；