一种高压输电线路间隔棒表面场强计算方法及系统与流程

本发明涉及电力技术领域，更具体地，涉及一种高压输电线路间隔棒表面场强计算方法及系统。

背景技术：

为满足我国远距离大容量输电的需要，国家电网公司研究并建成了多条特高压±800kv直流输电工程。在特高压输电工程的建设过程中，对线路金具的电气性能、机械性能以及各部分的稳定性提出了更高的要求。

间隔棒是一种常用金具，它广泛地应用于高压输电线路上，为线路提供可靠的机械和电气性能保障，其主要作用是限制多分裂导线子导线之间的相对运动，防止子导线之间的相互碰撞，保持分裂导线几何形状来满足输电线路降低导线表面电位梯度、减少电晕效应的发生、以及提高输送容量等电气性能。同时，间隔棒对微风振动和次档距震荡也能够起到一定的抑制作用。

影响间隔棒电晕放电的主要因素是间隔棒表面电场强度的大小，而表面场强的大小与间隔棒表面光滑程度和线夹设计结构有关。间隔棒作为分裂导线输电线路大量使用的金具，其自身结构的防晕设计对整条输电线路降低电晕效应有着极其重要的影响。而间隔棒表面电场强度因其特殊结构难以计算，现有的计算方式计算量超大且计算结果不精确。

技术实现要素：

为了解决背景技术存在的输电线路分裂导线上间隔棒表面电场计算时的计算量超大且计算结果不够精确的问题，本发明提供了一种高压输电线路间隔棒表面场强计算方法及系统，所述方法及系统通过直接或间接的方式，根据间隔棒相关参数以及采集的分裂导线电压，计算获得间隔棒表面场强计算；所述一种高压输电线路间隔棒表面场强计算方法，包括：

采集待计算间隔棒处分裂导线的电压值，并获取所述间隔棒以及分裂导线的结构参数；

根据所述分裂导线的电压值以及对应的分裂导线结构参数，计算获得分裂导线表面平均最大电场强度；

根据间隔棒握头处的表面粗糙度、结构系数以及分裂导线表面平均最大电场强度，计算获得间隔棒握头表面平均最大电场强度。

进一步的，所述分裂导线的结构参数包括导线分裂数n，子导线半径r，导线极间距s，导线高度h、通过所有子导线中心的圆周的半径r；所述分裂导线表面平均最大电场强度e0的计算公式为：

其中，u为待计算间隔棒处分裂导线的电压值。

进一步的，所述通过所有子导线中心的圆周的半径r的计算公式为：

其中，d为分裂间距。

进一步的，所述间隔棒的结构参数包括间隔棒第一线夹曲率r1以及间隔棒第二线夹曲率r2；所述间隔棒握头表面平均最大电场强度e的计算公式为：

其中，p1、p2、p3、p4为预设常数，k1为所述间隔棒握头处的表面粗糙度，k2为所述间隔棒握头处的结构系数。

本发明的另一个方面，所述一种高压输电线路间隔棒表面场强计算方法包括：

采集待计算间隔棒处分裂导线的电压值，并获取所述间隔棒以及分裂导线的结构参数；

根据间隔棒的分裂形式确定预设参数值；所述预设参数值包括预设常数值以及预设电压参数值；

根据所述待计算间隔棒处分裂导线的电压值、所述间隔棒和分裂导线的结构参数以及预设参数值，计算获得间隔棒握头表面平均最大电场强度。

进一步的，所述分裂导线的结构参数包括子导线半径r；所述间隔棒的结构参数包括间隔棒第一线夹曲率r1以及间隔棒第二线夹曲率r2；所述间隔棒握头表面平均最大电场强度的计算公式包括：

其中，p1、p2、p3、p4为预设常数值，q为预设电压参数值，u为待计算间隔棒处分裂导线的电压值。

本发明的另一个方面，所述一种高压输电线路间隔棒表面场强计算系统包括：

参数采集单元，所述参数采集单元用于采集待计算间隔棒处分裂导线的电压值，并获取所述间隔棒以及分裂导线的结构参数；

分裂导线表面场强计算单元，所述分裂导线表面场强计算单元用于根据所述分裂导线的电压值以及对应的分裂导线结构参数，计算获得分裂导线表面平均最大电场强度；

间隔棒握头表面场强计算单元，所述间隔棒握头表面场强计算单元用于根据间隔棒握头处的表面粗糙度、结构系数以及分裂导线表面平均最大电场强度，计算获得间隔棒握头表面平均最大电场强度。

进一步的，所述参数采集单元获取的分裂导线的结构参数包括导线分裂数n，子导线半径r，导线极间距s，导线高度h、通过所有子导线中心的圆周的半径r；

所述分裂导线表面场强计算单元计算分裂导线表面平均最大电场强度的公式为：

其中，u为通过所述参数采集单元采集的待计算间隔棒处分裂导线的电压值。

进一步的，所述通过所有子导线中心的圆周的半径r的计算公式为：

其中，d为分裂间距。

进一步的，所述参数采集单元获取的间隔棒的结构参数包括间隔棒第一线夹曲率r1以及间隔棒第二线夹曲率r2；

所述间隔棒握头表面场强计算单元计算所述间隔棒握头表面平均最大电场强度e的公式为：

其中，p1、p2、p3、p4为预设常数，k1为所述间隔棒握头处的表面粗糙度，k2为所述间隔棒握头处的结构系数。

本发明的另一个方面，所述一种高压输电线路间隔棒表面场强计算系统包括：

参数采集单元，所述参数采集单元用于采集待计算间隔棒处分裂导线的电压值，并获取所述间隔棒以及分裂导线的结构参数；

所述参数采集单元用于根据间隔棒的分裂形式确定预设参数值；所述预设参数值包括预设常数值以及预设电压参数值；

间隔棒握头表面场强计算单元，所述间隔棒握头表面场强计算单元用于根据所述待计算间隔棒处分裂导线的电压值、所述间隔棒和分裂导线的结构参数以及预设参数值，计算获得间隔棒握头表面平均最大电场强度。

进一步的，所述参数采集单元获取的分裂导线的结构参数包括子导线半径r；所述间隔棒的结构参数包括间隔棒第一线夹曲率r1以及间隔棒第二线夹曲率r2；

所述间隔棒握头表面场强计算单元计算所述间隔棒握头表面平均最大电场强度的公式包括：

其中，p1、p2、p3、p4为预设常数值，q为预设电压参数值，u为待计算间隔棒处分裂导线的电压值。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种高压输电线路间隔棒表面场强计算方法及系统，所述方法及系统通过直接或间接的方式，根据间隔棒相关参数以及采集的分裂导线电压，计算获得间隔棒表面场强计算；所述方法及系统简单易行，在不同电压等级和分裂数的情况下，计算得到的高压输电线路间隔棒握头处的表面平均最大电场强度误差较小，可以适用直流电路和交流电路。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明具体实施方式的一种高压输电线路间隔棒表面场强计算方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式的另一种高压输电线路间隔棒表面场强计算方法的流程图；

图3为本发明具体实施方式的一种高压输电线路间隔棒表面场强计算系统的结构图；

图4为本发明具体实施方式的另一种高压输电线路间隔棒表面场强计算系统的结构图；

图5为本发明具体实施方式的间隔棒第一线夹曲率以及第二线夹曲率的示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为本发明具体实施方式的一种高压输电线路间隔棒表面场强计算方法的流程图；如图1所示，所述方法包括：

步骤110，采集待计算间隔棒处分裂导线的电压值，并获取所述间隔棒以及分裂导线的结构参数；

本实施例所述的间隔棒表面场强计算方法，是计算所述间隔棒与分类导线相接触的握头部分的表面场强；由于分裂导线本身多种多样且对应的间隔棒尺寸不一，需要确定所述间隔棒以及对应连接部分的分裂导线的结构参数。所述分裂导线的结构参数包括导线分裂数n，子导线半径r，导线极间距s，导线高度h、通过所有子导线中心的圆周的半径r；

其中，所述通过所有子导线中心的圆周的半径r；的计算公式为：

其中，d为分裂间距。

所述间隔棒的结构参数包括间隔棒第一线夹曲率r1以及间隔棒第二线夹曲率r2；如图5所示，所述第一线夹曲率是指垂直于间隔棒通导线方向的线夹外轮廓的弧度曲率；所述第二线夹曲率是指平行与间隔棒通导线方向的弧形部分的外轮廓弧度曲率。

步骤120，根据所述分裂导线的电压值以及对应的分裂导线结构参数，计算获得分裂导线表面平均最大电场强度；

所述分裂导线表面平均最大电场强度e0的计算公式为：

其中，u为待计算间隔棒处分裂导线的电压值。

具体的，本实施例中对于上述公式中每一个参数的单位设置如下：

e0---kv/cm；u---kv；r---cm；s---cm；r---cm。

步骤130，根据间隔棒握头处的表面粗糙度、结构系数以及分裂导线表面平均最大电场强度，计算获得间隔棒握头表面平均最大电场强度。

通过仿真可知，所述间隔棒握头表面平均最大电场强度与所述分裂导线表面平均最大电场强度实际上呈正相关关系；其相关系数与间隔棒的第一线夹曲率r1以及第二线夹曲率r2，和分类导线的子导线半径有关。

同时，间隔棒握头处的表面粗糙度、结构系数也会成比例的影响间隔棒握头表面平均最大电场强度。

所述所述间隔棒握头表面平均最大电场强度e的计算公式为：

其中，p1、p2、p3、p4为预设常数，k1为所述间隔棒握头处的表面粗糙度，k2为所述间隔棒握头处的结构系数。

本实施例中，给出一组预设参数的取值参考：p1的范围为2.4～2.8；p2的范围为-0.014～-0.017；p3的范围为13.1～15.9；p4的范围为-4.3～-5.2。k1的范围为1～1.5；k2的范围为1～1.5。

进一步的，对于预设常数，本实施例给出一组最佳优选的取值参考：p1＝2.62；p2＝-0.016；p3＝14.52；p4＝-4.80。在此最佳优选取值下，上述公式的计算结果最为准确。

本实施例中使用的子导线半径r的取值范围为1cm～3cm；间隔棒的第一线夹曲率r1的取值范围为2cm～8cm；以及第二线夹曲率r2的取值范围为0.5cm～6cm。

为验证本实施例得出的间隔棒表面平均最大电场强度公式的计算精度和有效性，同样以我国±660kv、±800kv和±1100kv直流输电工程中所使用的四分裂、六分裂、八分裂间隔棒不同参数为例进行对比验证。其中，不同电压等级和分裂数的情况下，均随机挑选了多个不同线路参数和间隔棒线夹头部设计参数的算例进行对比验证，验证结果如下表所示：

表11100kv八分裂间隔棒表面电场强度对比验证

表2800kv六分裂间隔棒表面电场强度对比验证

表3660kv四分裂间隔棒表面电场强度对比验证

由以上计算结果比较可以看出，本文所提出的公式计算值与有限元仿真值相比，相对误差绝大部分控制在±1％以内。

图2为本发明具体实施方式的另一种高压输电线路间隔棒表面场强计算方法的流程图；如图2所示，本实施例无需计算分裂导线表面平均最大电场强度，而是直接对不同的分裂形式的间隔棒进行计算。

步骤210，采集待计算间隔棒处分裂导线的电压值，并获取所述间隔棒以及分裂导线的结构参数；

本实施例中，与图1所对应的实施例步骤110相似，在此不做赘述。

步骤220，根据间隔棒的分裂形式确定预设参数值；所述预设参数值包括预设常数值以及预设电压参数值；

所述预设参数值针对间隔棒是四分裂、六分裂还是八分裂，具有不同的预设参数值选择。

步骤230，根据所述待计算间隔棒处分裂导线的电压值、所述间隔棒和分裂导线的结构参数以及预设参数值，计算获得间隔棒握头表面平均最大电场强度。

所述分裂导线的结构参数包括子导线半径r；所述间隔棒的结构参数包括间隔棒第一线夹曲率r1以及间隔棒第二线夹曲率r2；所述间隔棒握头表面平均最大电场强度的计算公式包括：

其中，p1、p2、p3、p4为预设常数值，q为预设电压参数值，u为待计算间隔棒处分裂导线的电压值。

当所述间隔棒为四分裂时，p1的范围为31.5～38.5；p2的范围为-0.85～-0.65；p3的范围为255～310；p4的范围为-1.7～-1.4。预设电压参数值取660kv；

当所述间隔棒为六分裂时，p1的范围为27.3～33.7；p2的范围为-0.45～-0.37；p3的范围为233.7～285.7；p4的范围为-1.55～-1.27。预设电压参数值取800kv；

当所述间隔棒为八分裂时，p1的范围为27.8～33.9；p2的范围为-0.23～-0.19；p3的范围为259.1～316.7；p4的范围为-1.75～-1.43。预设电压参数值取1100kv。

具体的，对于预设常数，本实施例给出一组最佳优选的取值参考如下表所示：

在此最佳优选取值下，上述公式的计算结果最为准确。

图3为本发明具体实施方式的一种高压输电线路间隔棒表面场强计算系统的结构图；如图3所示，所述系统包括：

参数采集单元310，所述参数采集单元310用于采集待计算间隔棒处分裂导线的电压值，并获取所述间隔棒以及分裂导线的结构参数；

分裂导线表面场强计算单元320，所述分裂导线表面场强计算单元320用于根据所述分裂导线的电压值以及对应的分裂导线结构参数，计算获得分裂导线表面平均最大电场强度；

间隔棒握头表面场强计算单元330，所述间隔棒握头表面场强计算单元330用于根据间隔棒握头处的表面粗糙度、结构系数以及分裂导线表面平均最大电场强度，计算获得间隔棒握头表面平均最大电场强度。

进一步的，所述参数采集单元310获取的分裂导线的结构参数包括导线分裂数n，子导线半径r，导线极间距s，导线高度h、通过所有子导线中心的圆周的半径r；

所述分裂导线表面场强计算单元320计算分裂导线表面平均最大电场强度的公式为：

其中，u为通过所述参数采集单元310采集的待计算间隔棒处分裂导线的电压值。

进一步的，所述通过所有子导线中心的圆周的半径r的计算公式为：

其中，d为分裂间距。

进一步的，所述参数采集单元310获取的间隔棒的结构参数包括间隔棒第一线夹曲率r1以及间隔棒第二线夹曲率r2；

所述间隔棒握头表面场强计算单元330计算所述间隔棒握头表面平均最大电场强度e的公式为：

其中，p1、p2、p3、p4为预设常数，k1为所述间隔棒握头处的表面粗糙度，k2为所述间隔棒握头处的结构系数。

图4为本发明具体实施方式的另一种高压输电线路间隔棒表面场强计算系统的结构图。如图4所示，所述系统包括：

参数采集单元410，所述参数采集单元410用于采集待计算间隔棒处分裂导线的电压值，并获取所述间隔棒以及分裂导线的结构参数；

所述参数采集单元410用于根据间隔棒的分裂形式确定预设参数值；所述预设参数值包括预设常数值以及预设电压参数值；

间隔棒握头表面场强计算单元420，所述间隔棒握头表面场强计算单元420用于根据所述待计算间隔棒处分裂导线的电压值、所述间隔棒和分裂导线的结构参数以及预设参数值，计算获得间隔棒握头表面平均最大电场强度。

进一步的，所述参数采集单元410获取的分裂导线的结构参数包括子导线半径r；所述间隔棒的结构参数包括间隔棒第一线夹曲率r1以及间隔棒第二线夹曲率r2；

所述间隔棒握头表面场强计算单元420计算所述间隔棒握头表面平均最大电场强度的公式包括：

其中，p1、p2、p3、p4为预设常数值，q为预设电压参数值，u为待计算间隔棒处分裂导线的电压值。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。