高压输电线路电磁环境计算软件开发

摘要

由于我国国民用电需求迅速增长，输电网正向着大容量、大电流、高电压、远距离输电方向发展。同走廊多回平行和交叉等复杂输电线路越来越多。输电线路和变电站设施也越来越多出现人口聚集区。输配电设备产生的电磁环境越来越难以控制，引起了人们的广泛关注，也成为决定输电线路结构，影响建设费用的重要因素。所以十分有必要对输电线路的电磁环境进行数值分析。　　本文在二维直接边界元法和三维间接边界元法的基础上，计算比较二维模型和三维模型电场分布。分析研究交叉输电线路空间电场分布，以及改变相序和交叉角度时空间电场变化规律。推导了工频磁场在二维模型和三维模型下的计算公式，分析比较二维和三维模型空间磁场分布。并分析研究交叉输电线路空间磁场分布，以及改变相序和交叉角度时空间磁场变化规律。　　根据输电导线表面剖分单元的特点改进高斯积分精度。即针对长宽比值较大的单元，在比较长的方向上增加高斯点。这样能够在保证计算精度的前提下，减少剖分单元数目，整体提高了计算效率。建立杆塔三维模型，采用线-面混合边界元法和解析解公式有效的计算了输电杆塔附近导线表面电场强度。分析了输电杆塔对导线表面电场和空间电场的影响。　　在改进边界元算法的基础上开发了高压输电线路电磁环境计算软件。该软件整合了适合开域计算的边界元算法，具有方便、高效计算输电线路导线表面电场、可听噪声、无线电干扰、工频电场、工频磁场的功能。软件开发使用目前主流开发软件Microsoft Visual C++。它含有MFC基础类库，封装了大部分的windows API函数，具有界面友好、执行速度快和代码效率高等优点。同时C++支持面向对象的程序设计，具有良好的可重复性、可扩充性和可维护性等特点。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高压输电线路电磁环境问题

1．2．2 输电线路电磁环境数值计算的研究现状

1．3 论文的主要研究内容

第2章 输电线路工频电场计算分析

2．1 二维直接边界元公式推导

2．2 三维间接边界元公式推导

2．2．1 面单元边界元公式推导

2．2．2 线单元边界元公推导

2．3 二维模型和三维模型工频电场分析比较

2．3．1 带有弧垂的悬链线方程

2．3．2 瞬时场强最大值的计算

2．3．3 二维与三维模型电场计算分析

2．4 交叉输电线路三维电场分布及影响因素分析

2．4．1 交叉输电线路参数

2．4．2 交叉点附近地面上方1．5米处空间电场分析

2．4．3 相序变化对空间电场的影响

2．4．4 交叉角度对空间电场的影响

2．5 改进高斯积分精度

2．5．1 数值积分

2．5．2 一般高斯点积分情况

2．5．3 改进高斯点积分情况

2．6 本章小结

第3章 输电线路工频磁场计算分析

3．1 工频磁场二维模型计算公式

3．2 工频磁场三维模型计算公式

3．3 工频磁场二维模型和三维模型计算结果比较分析

3．4 交叉输电线路空间磁场分布及影响因素

3．4．1 交叉点附近地面上空1．5米处空间磁场分布

3．4．2 相序变化对空间磁场的影响

3．4．3 交叉角度对空间磁场的影响

3．5 本章小结

第4章 输电杆塔上分裂导线表面电场数值分析

4．1 引言

4．2 杆塔和分裂导线三维建模

4．3 边界元公式和解析解公式推导

4．3．1 线-面边界元公式推导

4．3．2 无限长导线等效线电荷密度求解

4．3．3 半无限长导线在计算模型上产生的影响

4．3．4 铁塔、附近导线和半无限长导线在空间三维电场的叠加计算

4．4 杆塔附近分裂导线表面电场计算

4．5 杆塔对附近电场的影响

4．5．1 杆塔对附近导线表面电场的影响

4．5．2 杆塔对附近地面电场的影响

4．6 不同杆塔模型对附近电场影响的大小

4．7 忽略半无限长导线时对结果产生的影响

4．8 本章小结

第5章 输电线路电磁环境计算软件开发

5．1 软件开发需求

5．2 软件总体设计

5．2．1 总体功能模块设计

5．2．2 软件界面与窗口设计

5．3 软件实现的功能和特点

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢