不同结构输电线路三维工频电磁场计算分析软件设计与应用

倪超颜瑾王菲徐海洋

(东南大学电气工程学院江苏南京210096)

摘要：文章基于3D（三维）模拟电荷法提出了一种简化算法，针对变电站输电线进行建模，然后根据算法编制程序进行分析。采用本文的方法对单相母排进行数值仿真。将架空线用线电荷来进行等效替代，分为多个单元进行合成场计算。分析了可能的误差并优化了计算模型。考虑大地影响下的新的电荷方程和探索最佳分段数来优化算法。且证明本文算法可以有效快速地计算变电站母排部分电场分布。利用掌握的CSM方法建立同塔单回，双回线路模型，考虑1字型与三角形排序，依此编制MFC对话框程序，实现了定点场强计算和绘图。通过算例验证程序有效性并分析了不同电场分布规律，为寻找经济建塔提供了方法。因此本文基于CSM建立了一种考虑不同结构的3维架空线路模型，通过算例分析得到了一些重要结论，可为架空线路周围电场的计算提供依据和工具。

关键词：模拟电荷法；变电站母排；MFC；空间剖分

高压变电站带来的噪声和隐性电磁污染给周围居民造成相当大的心理压力，因而居民的投诉也越发增多，面对这样的现状，，高压变电站周围电磁环境的测量监控不容忽视。我国目前大多数电磁研究都停留在同塔单回线路的仿真计算中[1]，应对同塔双回线路的仿真计算还没有。本文利用模拟电荷法（CSM）对同塔双回线路进行仿真。

1应用CSM建立单相母线电场模型

三维模拟电荷法用于电场数值分析建立模型时，我们先不考虑线路的弧垂，选择的模拟电荷也为线电荷单元，单元的电荷分布也是线性的。接下来先考虑一段线电荷单元的处理模型。

2不同结构三相输电线下电场求解

在C++环境下的MFC平台编制软件来共同处理单回和多回路的母排下电场强度计算问题。

2.1单相输电线

建立如下坐标系：

这里我们选择导线表面的匹配电荷和轴线位置的线电荷作为模拟电荷，匹配点和模拟电荷的选择如图1所示：

图2三相单回母线匹配点与模拟电荷的选择

其中Q为模拟电荷，A为匹配电荷。

单相输电模型中已经求解出在单根母线在定点上x，y，z三个方向上产生的电场强度可分别计算得到。

那么三相母线下，我们只须将每根输电线在定点产生的电场在想x，y，z三个方向上相加，此处三个方向场强向量方向皆为正方向。总的场强即为

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3电场分析软件设计与验证

软件编制过程不再赘述，软件以实际线路数据进行验证。

以某地典型的单回三相三角线型回路作为算例验证程序。实地测量下，气压为100.03KPa，噪音为62.40db，气温为31.9℃，湿度为69.9%，

仿真后与实际数据相比较，

图5实测与仿真对比图

比较实测曲线与仿真曲线，我们发现二者的趋势大致相同，相对误差小，我们可以选择以上我们设置的模拟电荷继续以后的仿真。针对这个算例，我们能看出叠加场强的复杂性会导致场强的最大处难以确定，并且软件仿真的误差在其中体现。因为最大AC相线路间的x方向场强会出现抵消，因而最大场强出现在C相下（x=7.5M处）偏外的地方。也符合电场理论分布[5]。

4结论

利用三维模拟电荷法，同时考虑不同结构的输电线构造，推导出适宜平坦地势的超高压输电线路不同的计算模型：同塔单回线路与同塔双回线路和他们的计算公式。通过实际算例、对比分析验证了模型的有效性和总结电场分布规律。可以为高压电塔的架设提供方法依据来探寻经济合理的方案。

参考文献：

[1]刘振亚,特高压电网,中国经济出版社,2005

[2]徐禄文,李永明,刘昌盛,等,重庆地区500kV变电站内工频电场分析,2008

[3]王文兵,丛俊,张斌,某新型220kV变电站周围电磁环境监测及分析

[4]倪光正,杨仕友,邱捷,等,工程电磁场数值计算

[5]刘华麟,汪泉弟,俞集辉,等．500kV超高压输电线下方电磁环境测量与分析[J]．重庆大学学报,2006,29（5）：28-31

作者简介：倪超（1992-02-19），男，汉族，籍贯：安徽省马鞍山市，学历：研究生