500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)，包括依次順序相連的轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫，導(dǎo)線模型建立單元，有限元求解單元和后處理單元；轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫為經(jīng)過直線轉(zhuǎn)角塔模型建模之后就形成的元件庫;導(dǎo)線模型建立單元用于實現(xiàn)導(dǎo)線的參數(shù)化設(shè)置;有限元求解單元通過調(diào)用ANSYS仿真軟件進(jìn)行有限元分析；后處理單元用于對有限元求解系統(tǒng)計算結(jié)果進(jìn)行處理，獲取需要展示的物理量；本發(fā)明降低500kV輸電線路工程電場方面環(huán)保費用，參數(shù)化建模過程中，可對參數(shù)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行自定義賦值，從而可以計算同一工況下，不同結(jié)構(gòu)或布置方式下的輸電桿塔電場分布情況，為改善導(dǎo)線及金具表面的最大場強(qiáng)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
【專利說明】500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及特高壓交直流輸電工程的建設(shè)領(lǐng)域，尤其涉及500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入二十世紀(jì)以來，為滿足日益增長的用電需求，電網(wǎng)規(guī)模、容量迅速擴(kuò)大，輸變電工程也在飛速實施。與此同時城市規(guī)模急劇擴(kuò)增，因此500kV超高壓輸電工程跨越城鎮(zhèn)現(xiàn)象時有發(fā)生。電磁環(huán)境問題引起了越來越多的關(guān)注。電磁場的生態(tài)效應(yīng)，電磁場對人類生活必需的通信、廣播、電視、等的影響，都已成為輸變電工程應(yīng)優(yōu)先考慮的因素。
[0003]直線轉(zhuǎn)角塔在500kV輸變電工程中得到大量的應(yīng)用。目前國內(nèi)外對高壓輸變電工程工頻電場的研究多集中于輸電線路，內(nèi)容比較完善，但對輸電線桿塔的工頻電場分布的研究非常少，目前只有少量對直線塔的電場分布的分析，以研究工作人員檢修時的安全防護(hù)。
[0004]由于地形等因素，輸電線路不可能一直是直線，有些地方需要拐彎，當(dāng)拐彎角度在5度以內(nèi)時就采用直線轉(zhuǎn)角塔直線轉(zhuǎn)角塔，角度再大則需要采用耐張轉(zhuǎn)角塔；由于轉(zhuǎn)角塔兩側(cè)是不對稱的，因此在計算時有別于直線塔，即需要對兩側(cè)同時建模、加載求解，計算復(fù)雜。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)，根據(jù)實際直線轉(zhuǎn)角塔建立桿塔模型，形成轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫，參數(shù)化導(dǎo)線模型，通過有限元求解獲取轉(zhuǎn)角塔電場分布，并可視化處理有限元求解結(jié)構(gòu)，模型導(dǎo)入方便，計算電場分布簡單。
[0007]500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)，包括依次順序相連的轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫，導(dǎo)線模型建立單元，有限元求解單元和后處理單元；
轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫為經(jīng)過直線轉(zhuǎn)角塔模型建模之后就形成的元件庫。依據(jù)500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔的實際參數(shù)建立各種直線轉(zhuǎn)角桿塔的模型，每一種模型配置不同型號的絕緣子串以及金具，經(jīng)過各種建模之后就形成了一個元件庫，該元件庫即為轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫。仿真桿塔工頻電場時就可以方便的導(dǎo)入這些模型，計算出各自的電場分布。為了實現(xiàn)模塊化以及操作的方便，本軟件參考實際典型輸電線路工程，通過懸垂鏈方程參數(shù)化建立導(dǎo)線與跳線等柔性結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)精細(xì)化建模，與實際情況較為符合。在搭建模型的時候能夠方便的改變元件尺寸等參數(shù)，從而得到不同情況下直線轉(zhuǎn)角塔的電場結(jié)果O
[0008]導(dǎo)線模型建立單元用于實現(xiàn)導(dǎo)線的參數(shù)化設(shè)置，用戶只需通過參數(shù)化語言的設(shè)置，即可方便的改變導(dǎo)線的各種參數(shù)，從而快捷地定性定量研究導(dǎo)線參數(shù)改變的情況下對整個桿塔電場分布的影響。
[0009]導(dǎo)線的參數(shù)包括導(dǎo)線回數(shù)、分裂參數(shù)、各相導(dǎo)線的中心坐標(biāo)矩陣，分裂參數(shù)包括分裂數(shù)、分裂間距、分裂初相角和導(dǎo)線半徑。對于雙回線路，導(dǎo)線布置方式有六種情況可供選擇，不同的相序布置對于于不同的邊界加載條件。對導(dǎo)線參數(shù)設(shè)置默認(rèn)值，在不更改參數(shù)的情況計算出來的是默認(rèn)模型下的電場分布。
[0010]有限元求解單元通過調(diào)用ANSYS仿真軟件進(jìn)行有限元分析，通過有限元求解電場強(qiáng)，利用數(shù)學(xué)近似方法對真實的物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬，用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)；
有限元求解電場強(qiáng)度具體包括以下步驟:
(1)導(dǎo)入轉(zhuǎn)角塔模型；
(2)設(shè)置導(dǎo)線參數(shù)，定義單元類型和單元屬性；
(3)為每個實體分別分配單元屬性；
(4)劃分實體網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格大小以適應(yīng)不同部位電場的精度要求；
(5)邊界條件的加載，向單元節(jié)點加載電壓的實部和虛部。
[0011](6)計算出每個單元各個節(jié)點上的物理量，獲取直線轉(zhuǎn)角塔的電場強(qiáng)度分布。
[0012]后處理單元用于對有限元求解單元計算結(jié)果進(jìn)行處理，獲取需要展示的物理量，使結(jié)果可視化，圖形化展示直線轉(zhuǎn)角塔電場。
[0013]后處理單元顯示出計算區(qū)域內(nèi)最大電場強(qiáng)度，桿塔及桿塔元件周圍的電場強(qiáng)度云圖分布，以數(shù)據(jù)列表的形式輸出并保存，顯示觀察路徑上的電場強(qiáng)度值，并與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷桿塔及桿塔元件周圍的電場強(qiáng)度是否超出閾值。
[0014]云圖分布可以直觀的顯示出研究對象周圍場的大小分布，顏色越深表示電位越高，可以清晰地反映出觀察路徑上的電場分布，初步在云圖中可以讀出最大值，并與國家標(biāo)準(zhǔn)限值相比較，直觀顯示超出閾值電場強(qiáng)度范圍。
[0015]相比與現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明以500kV輸電線路直線轉(zhuǎn)角塔為研究對象，對500kV輸電線路典型直線桿塔進(jìn)行建模，采用有限元軟件完成計算模型的剖分、加載及求解，獲取500kV輸電線路典型桿塔精細(xì)化模型的電場分布情況，方便對500kV輸電線路典型桿塔電場優(yōu)化、線路布置，為500kV輸電線路工程建設(shè)及運行提供電磁兼容相關(guān)的參考依據(jù)，降低500kV輸電線路工程電場方面環(huán)保費用，具有重要的工程應(yīng)用價值和意義。
[0016]本發(fā)明參數(shù)化建模過程中，可對參數(shù)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行自定義賦值，參數(shù)化結(jié)構(gòu)主要為導(dǎo)線及跳線，從而可以計算同一工況下，不同結(jié)構(gòu)或布置方式下的輸電桿塔電場分布情況，為改善導(dǎo)線及金具表面的最大場強(qiáng)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1本發(fā)明500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)示意圖；
圖2為有限元求解電場強(qiáng)度步驟流程示意圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0019]如圖1所示，500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)，包括依次順序相連的轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫，導(dǎo)線模型建立單元，有限元求解單元和后處理單元。
[0020]轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫為經(jīng)過直線轉(zhuǎn)角塔模型建模之后就形成的元件庫。依據(jù)500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔的實際參數(shù)建立各種直線轉(zhuǎn)角桿塔的模型，每一種模型配置不同型號的絕緣子串以及金具，經(jīng)過各種建模之后就形成了一個元件庫，該元件庫即為轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫。仿真桿塔工頻電場時就可以方便的導(dǎo)入這些模型，計算出各自的電場分布。為了實現(xiàn)模塊化以及操作的方便，本軟件參考實際典型輸電線路工程，通過懸垂鏈方程參數(shù)化建立導(dǎo)線與跳線等柔性結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)精細(xì)化建模，與實際情況較為符合。在搭建模型的時候能夠方便的改變元件尺寸等參數(shù)，從而得到不同情況下直線轉(zhuǎn)角塔的電場結(jié)果。
[0021]導(dǎo)線模型建立單元用于實現(xiàn)導(dǎo)線的參數(shù)化設(shè)置，用戶只需通過參數(shù)化語言的設(shè)置，即可方便的改變導(dǎo)線的各種參數(shù)，從而快捷地定性定量研究導(dǎo)線參數(shù)改變的情況下對整個桿塔電場分布的影響。
[0022]導(dǎo)線的參數(shù)包括導(dǎo)線回數(shù)、分裂參數(shù)、各相導(dǎo)線的中心坐標(biāo)矩陣，分裂參數(shù)包括分裂數(shù)、分裂間距、分裂初相角和導(dǎo)線半徑。對于雙回線路，導(dǎo)線布置方式有六種情況可供選擇，不同的相序布置對于于不同的邊界加載條件。對導(dǎo)線參數(shù)設(shè)置默認(rèn)值，在不更改參數(shù)的情況計算出來的是默認(rèn)模型下的電場分布。
[0023]以下是本實施例導(dǎo)線部分參數(shù)的設(shè)置實例。
[0024](I) circuit_n回路數(shù)，單回路為1，雙回路為2
(2)*dim, l_xp,, phase_n 各導(dǎo)線及地線的x坐標(biāo)向量，6個元素 *dim, l_yp,，phase_n 各導(dǎo)線及地線的Y坐標(biāo)向量
*dim, l_zp, , phase_n 各導(dǎo)線及地線的z坐標(biāo)向量
(3)r_line導(dǎo)線半徑 n_mult=4 導(dǎo)線分裂數(shù)為4 phase_mult=45 分裂初角45度 space_mult=450 分裂間距為 450mm
(4)導(dǎo)線中心點的坐標(biāo)
*vfill, l_xp (I)，data, 導(dǎo)線中心點的x坐標(biāo)向量
*vfill, l_yp(l), data, 導(dǎo)線中心點的y坐標(biāo)向量
*vfill, l_zp (I), data, 導(dǎo)線中心點的z坐標(biāo)向量(5)雙回路相序布置
xiangxul==l雙回線路ABC-ABC布置
xiangxul==2雙回線路ABC-ACB布置
xiangxul==3雙回線路ABC-BAC布置
xiangxuI ==4雙回線路ABC-BCA布置
xiangxuI ==5雙回線路ABC-CAB布置
xiangxu I ==6雙回線路 ABC-CBA 布置。
[0025]有限元求解單元通過調(diào)用ANSYS仿真軟件進(jìn)行有限元分析，通過有限元求解電場強(qiáng)，利用數(shù)學(xué)近似方法對真實的物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬，用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)； 如圖2所示，有限元求解電場強(qiáng)度具體包括以下步驟:
(1)導(dǎo)入轉(zhuǎn)角塔模型；
(2)設(shè)置導(dǎo)線參數(shù)，定義單元類型和單元屬性；
(3)為每個實體分別分配單元屬性；
(4)劃分實體網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格大小以適應(yīng)不同部位電場的精度要求；
(5)邊界條件的加載，向單元節(jié)點加載電壓的實部和虛部。
[0026](6)計算出每個單元各個節(jié)點上的物理量，獲取直線轉(zhuǎn)角塔的電場強(qiáng)度分布。
[0027]后處理單元用于對有限元求解單元計算結(jié)果進(jìn)行處理，獲取需要展示的物理量，使結(jié)果可視化，圖形化展示直線轉(zhuǎn)角塔電場。
[0028]后處理單元顯示出計算區(qū)域內(nèi)最大電場強(qiáng)度，桿塔及桿塔元件周圍的電場強(qiáng)度云圖分布，以數(shù)據(jù)列表的形式輸出并保存，顯示觀察路徑上的電場強(qiáng)度值，并與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷桿塔及桿塔元件周圍的電場強(qiáng)度是否超出閾值。
[0029]云圖分布可以直觀的顯示出研究對象周圍場的大小分布，顏色越深表示電位越高，可以清晰地反映出觀察路徑上的電場分布，初步在云圖中可以讀出最大值，并與國家標(biāo)準(zhǔn)限值相比較，直觀顯示超出閾值電場強(qiáng)度范圍。
[0030]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括依次順序相連的轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫，導(dǎo)線模型建立單元，有限元求解單元和后處理單元； 所述轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫為經(jīng)過直線轉(zhuǎn)角塔模型建模之后就形成的元件庫:依據(jù)500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔的實際參數(shù)建立直線轉(zhuǎn)角桿塔的模型，所述模型配置由不同型號的絕緣子串以及金具，經(jīng)過所述轉(zhuǎn)角塔建模之后形成一個元件庫，所述元件庫為轉(zhuǎn)角桿塔及絕緣子、金具模型庫； 所述導(dǎo)線模型建立單元用于實現(xiàn)導(dǎo)線的參數(shù)化設(shè)置；導(dǎo)線的參數(shù)包括導(dǎo)線回數(shù)、分裂參數(shù)、導(dǎo)線的中心坐標(biāo)矩陣； 所述有限元求解單元通過調(diào)用ANSYS仿真軟件進(jìn)行有限元分析，通過有限元求解電場強(qiáng)； 所述后處理單元用于對有限元求解單元計算結(jié)果進(jìn)行處理，獲取需要展示的物理量，圖形化展示直線轉(zhuǎn)角塔電場； 后處理單元顯示出計算區(qū)域內(nèi)最大電場強(qiáng)度，桿塔及桿塔元件周圍的電場強(qiáng)度云圖分布，以數(shù)據(jù)列表的形式輸出并保存，顯示觀察路徑上的電場強(qiáng)度值，并與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷桿塔及桿塔元件周圍的電場強(qiáng)度是否超出閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)，其特征在于， 所述有限元求解電場強(qiáng)度具體包括以下步驟: (1)導(dǎo)入轉(zhuǎn)角塔模型； (2)設(shè)置導(dǎo)線參數(shù)，定義單元類型和單元屬性； (3)為每個實體分別分配單元屬性； (4)劃分實體網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格大小以適應(yīng)不同部位電場的精度要求； (5)邊界條件的加載，向單元節(jié)點加載電壓的實部和虛部； (6)計算出每個單元各個節(jié)點上的物理量，獲取直線轉(zhuǎn)角塔的電場強(qiáng)度分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的500kV交流直線轉(zhuǎn)角塔電場仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述分裂參數(shù)包括分裂數(shù)、分裂間距、分裂初相角和導(dǎo)線半徑。
【文檔編號】G06F17/50GK104331566SQ201410631937
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】張佰慶, 崔艷東, 謝偉, 楊騰騰, 童維占, 張瑞智 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司檢修分公司