[发明专利]电网对埋地管网的电磁干扰计算方法

权利要求书

1.电网对埋地管网的电磁干扰计算方法，计算结果用于评价电磁干扰对埋地管网的影响，其特征在于，包括如下步骤：

将导体分割为一个个导体微段，导体微段外表面两端电位差与导体微段内两端电位差相等，根据此连续性的特征建立方程组，根据泄漏电流求岀导体微段外表面两端电位差，导体微段本身的阻抗与轴向电流的乘积则求出导体微段内两端电位差；

根据基尔霍夫定律，得到各导体微段上的轴向电流与泄漏电流之间的关系式，综合建立起一组线性代数方程，求解该线性代数方程得到导体上的泄漏电流分布。

2.根据权利要求1所述的电网对管网的电磁干扰计算方法，其特征在于：电网对管网的电磁干扰是通过电磁场实现的，因此遵循麦克斯韦方程组：

式中，H为磁场强度；B为磁通密度；D为电位移矢量；E为电场强度；ρ为空间电荷密度；J_s为传导电流密度；

引入矢量磁位A和标量位函数φ，使B＝rotA，则由麦克斯韦方程组第二式有：

式中，ω为角频率，将其代入麦克斯韦方程组第一、四式，得达朗贝尔方程组：

式中，为相位常数，μ、ε分别是磁导率和介电常数；

干扰源对受干扰点的干扰，由以下通解给出：

式中，R为受干扰点距离干扰源的距离；

将电网导体分段为n_s段，管网导体分段为n_p段，分段后第i段导体中流过电流为I_i，则第i段导体在第k段导体处的感应电势为：

第k段管网导体微段上的感应电势为所有电网导体微段上电流在该导体上感应出的电势之和，即：

管网在感应电势作用下，将经防腐层和土壤形成通流回路，在地中形成一定的电流场分布，分段后的管网导体微段存在b个端点，则由于分段后的管网导体较短，将第i段管道上的电位U_i取为与之相邻两端点的电压V_j1和V_j2的均值，即：

写为矩阵形式为：

U＝KV

同理，将各段导体的散流电流I_d均分为两部分，由与之相连的两节点流入大地，则：

J＝K^TI_d

式中，J为各节点的等效散流电流；

对分段后的管网导体运用KCL和KVL有：

式中，Y为支路导纳矩阵；A为关联矩阵；I₁为各管网导体上流过电流；

因此建立节点导纳方程为：

AYA^TV＝AYE-J

利用格林函数可知，各导体电位与散流电流间的关系为：

U＝ZI_d

式中，Z为各导体微段间的互阻抗矩阵，包括感性分量和阻性分量，感性分量；

联立上面的公式计算出管道电位为：

U＝K(AYA^T+K^TZ^-1K)^-1AYE

雷击条件下，冲击电流下系统的电位分布问题利用时频转换的方法来计算，首先采用矩量法对冲击电流下的接地网电位进行计算，时域中的冲击电流用如下的双指数函数描述：

I(t)＝I_m(e^-αt-e^-βt)

式中：t为时间；α为波前衰减指数；β为波尾衰减指数；I_m为电流幅值；利用Fourier变换，将时域中的冲击电流波形转化为频域响应：

式中：ω为角频率；I(ω)为频域中的雷电流；

导体轴线l′上线性变化的电流I(l′)和均匀分布的线电荷在空间产生的散射电场强度为

其中，在无限大空间中，有

式中：e为圆柱导体线电流的轴线方向；A为轴向电流I(l′)产生的矢量磁位；r为空间中场点与源点之间的距离；φ为导体表面均匀分布的线电荷产生的标量电位；μ和ε分别为导体所在空间的磁导率和介电常数；k为波数；

联立得电场强度的积分方程

设整个导体结构被剖分为n段导体，则

式中：I_i和U_j分别为第i段导体上的电流以及第j段导体中点的电位；Z_ij为第i段导体与第j段导体之间的转移阻抗

当雷电流注入导体一端时，注入段导体一端的电流为已知量，用矩阵形式来表示：

Z^-1U＝I

注入导体微段电流向量I已知，求出其他未知电流和支路电压，最后通过Fourier反变换可求得时域中的标量电压以及电场强度和磁场强度

式中：U₀(ω)、E₀(ω)和H₀(ω)分别为单位电流源产生的频域中的标量电压、电场强度和磁场强度。