一种计算交流输电线线下钢架感应电的方法

摘要

本发明涉及一种计算交流输电线线下钢架感应电的方法，包括以下步骤：S1：计算分裂子导线的等效半径的步骤，S2：计算架空线的弧垂数值的步骤，S3：计算输电线路中初相线路在钢架上产生的感应电压的步骤，S4：计算钢架总感应电压的步骤，S5：计算总感应电流的步骤。

权利要求

1.一种计算交流输电线线下钢架感应电的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：计算分裂子导线的等效半径的步骤，S2：计算架空线的弧垂数值的步骤，S3：计算输电线路中初相线路在钢架上产生的感应电压的步骤，S4：计算钢架总感应电压的步骤，S5：计算总感应电流的步骤；

所述步骤S1具体包括：定义分裂导线的等效半径为Req，n‑1 1/n

Req＝(nrR )

其中，n为分裂子导线的根数，R为分裂导线半径即分裂间距，单位毫米，r为分裂子导线半径，单位毫米；

所述步骤S2具体包括：档距内弧垂最大值处的架空线悬链线方程为：其中，L表示档距，单位m；h表示最大弧垂处距地高度，单位m；S表示架空线最大弧垂，单位m；α表示导线水平方向的应力系数，α的技术公式为：α＝γL/σ0

2 2

其中，γ表示导线自重比载，单位N/(m·mm)；σ0表示导线水平方向的应力，单位N/mm ；

导线自重比载的计算公式为：2

其中，g表示重力加速度，取9.8m/s ；m0表示单位导线的质量，单位kg/km；s0表示导线的2

截面积，单位mm；

等高悬挂时输电线路的悬链线一般方程为：架空线的弧垂计算公式为：所述步骤S3具体包括：计算导线距离地面的平均高度ha：其中，H表示导线悬挂点高度，单位m；S表示导线的弧垂参数，单位m；

计算每根钢架的等效长度leq：其中，a表示钢架高度，单位m；b表示钢架宽度，单位m；

计算感应电压ua：

其中，μ0表示真空磁导率；I0表示交流输电线路的最高运行电流，单位A；ω＝2πf，f为系统频率；d表示每根钢架间的距离，单位m；ha表示导线距地面的平均高度；d0表示钢架距导线的水平距离，单位m；Req表示每相导线的等效半径，单位m；leq表示每根钢架的等效长度；

ωt表示输电线路的初相角；

所述步骤S4具体包括：依据步骤S3得出初相感应电压ua，根据空间位置变换相关参数，并且依次将相位角减少120°、240°，计算出另外两相线路在钢架上产生的感应电压；将三相线路的感应电压叠加后得到总感应电压ui；

所述步骤S5具体包括：2

其中，si表示每根钢架的横截面积，单位m；ρ0表示钢架的电阻率。

说明书

一种计算交流输电线线下钢架感应电的方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种计算交流输电线线下钢架感应电的方法。

背景技术

[0002] 输电线路上的电能是依靠运动的电荷来传递，而高压输电设备周围所存在的电场正是由于其导体上载有的运动电荷所产生的，虽然看不见电场，但其确实存在，故而线路及
设备周围电场总是伴随着电能的传递而存在。

[0003] 随着电网规模的不断扩大以及电力事业的飞速发展，人们对环保意识和维权意识逐渐增强，输变电设备所产生的工频电磁场也越来越大，其所可能导致的电磁环境污染问
题也越来越受到人们关注，对电网的建设也不断遇到电磁环境保护等方面问题的困扰。

[0004] 重要的是近年来，随着电力系统的不断发展、超高压输电的增多，电力系统的电磁干扰、电磁环境问题日益受到人们的重视。高压输电线路可能会跨越公众活动区域，甚至是
进入市区，由这些所带来的电场强度已成为电磁兼容技术领域和环境保护中不可忽视的问
题。

[0005] 交流双回输电线路合理利用线路走廊、提高输电容量、降低线路建设成本，是一项利多弊少的新型输电方式，在电力系统输电线路的建设中得到广泛应用。根据近几年特高
压交流输电线路投运后出现的实际问题，目前并没有相关文献研究线路下存在大量钢架结
构的建筑物(大棚密集区域等)时感应电的问题，在此类区域存在严重的感应电超限情况，
影响着人们的正常工作活动及人身安全。此为现有技术的不足之处。

[0006] 有鉴于此，本申请提供一种计算交流输电线线下钢架感应电的方法；以解决现有技术中存在的缺陷，是非常有必要的。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种计算交流输电线线下钢架感应电的方法，以解决上述技术问题。

[0008] 为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：

[0009] 一种计算交流输电线线下钢架感应电的方法，包括以下步骤：

[0010] S1：计算分裂子导线的等效半径的步骤，具体包括：

[0011] 定义分裂导线的等效半径为Req，

[0012] Req＝(nrRn‑1)1/n

[0013] 其中，n为分裂子导线的根数，R为分裂导线半径即分裂间距，单位毫米，r为分裂子导线半径，单位毫米；

[0014] S2：计算架空线的弧垂数值的步骤，具体包括：

[0015] 档距内弧垂最大值处的架空线悬链线方程为：

[0016]

[0017] 其中，L表示档距，单位m；h表示最大弧垂处距地高度，单位m；S表示架空线最大弧垂，单位m；α表示导线水平方向的应力系数，α的技术公式为：

[0018] α＝γL/σ0

[0019] 其中，γ表示导线自重比载，单位N/(m·mm2)；σ0表示导线水平方向的应力，单位N/2
mm；导线自重比载的计算公式为：

[0020]

[0021] 其中，g表示重力加速度，取9.8m/s2；m0表示单位导线的质量，单位kg/km；s0表示导2
线的截面积，单位mm；

[0022] 等高悬挂时输电线路的悬链线一般方程为：

[0023]

[0024] 架空线的弧垂计算公式为：

[0025]

[0026] S3：计算输电线路中初相线路在钢架上产生的感应电压的步骤，具体包括：

[0027] 计算导线距离地面的平均高度ha：

[0028]

[0029] 其中，H表示导线悬挂点高度，单位m；S表示导线的弧垂参数，单位m；

[0030] 计算每根钢架的等效长度leq：

[0031]

[0032] 其中，a表示钢架高度，单位m；b表示钢架宽度，单位m；

[0033] 计算感应电压ua：

[0034]

[0035] 其中，μ0表示真空磁导率；I0表示交流输电线路的最高运行电流，单位A；ω＝2πf，f为系统频率；d表示每根钢架间的距离，单位m；ha表示导线距地面的平均高度；d0表示钢架
距导线的水平距离，单位m；Req表示每相导线的等效半径，单位m；leq表示每根钢架的等效
长度；ωt表示输电线路的初相角；

[0036] S4：计算钢架总感应电压的步骤，具体包括：

[0037] 依据步骤S3得出初相感应电压ua，根据空间位置变换相关参数，并且依次将相位角减少120°、240°，计算出另外两相线路在钢架上产生的感应电压；将三相线路的感应电压
叠加后得到总感应电压ui；

[0038] S5：计算总感应电流的步骤，具体包括：

[0039]

[0040] 其中，si表示每根钢架的横截面积，单位m2；ρ0表示钢架的电阻率。

[0041] 本发明的有益效果在于，本技术方案所述方法计算得到的感应电压和感应电流可以为输电线路的先行设计工作活着相关科研工作提供理论参考数据。输电线路的设计工作
者及相关科研人员可以根据国际规定的感应电压和感应电流限值，确定设计的线路是否符
规范，超限的感应电轻则引起人体疼痛等症状，重则危害人们的人身安全。对电力系统输电
线路的规划和电力系统稳定安全、农业生产工作人员的人身安全有着重要的意义。

[0042] 此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

[0043] 由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

[0044] 图1是四分裂导线示意图。

[0045] 图2是线路悬链线计算示意图。

[0046] 图3是大棚钢架示意图。

具体实施方式

[0047] 下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。

[0048] 如图1‑3所示，本实施例提供的一种计算交流输电线线下钢架感应电的方法，包括以下步骤：

[0049] S1：计算分裂子导线的等效半径的步骤，具体包括：

[0050] 对于110kV以上的架空输电线路，为了让电流在导线截面内尽可能均匀地流动，降低导线表面的电位梯度，降低线路的电阻避免产生很大的电晕损失以及可听噪声等，将采
用分裂导线的架设方式进行输电。而架空输电线路的导线架设高度以及杆塔档距要远大于
分裂导线的分裂间距，因此在分析计算这类架空线周围电磁场环境时，通常将每一相的n根
分裂子导线等效替代成一根导线。以高压输电线路常用的四分裂导线为例，假设每根分裂
子导线均匀分布，如图1所示，则分裂导线的等效半径由下式计算，单位mm，

[0051] Req＝(nrRn‑1)1/n

[0052] 其中，n为分裂子导线的根数，R为分裂导线半径即分裂间距，单位毫米，r为分裂子导线半径，单位毫米；

[0053] S2：计算架空线的弧垂数值的步骤，具体包括：

[0054] 档距内的输电线路为悬链式分布，如图2所示，且每相输电线路两端位于杆塔上的悬挂点水平等高，档距中央位置为输电线路的弧垂最大值处。对架空线路建立如图2所示三
维坐标系，则可得到线路在一档距内即 时，弧垂最大值处的架空线悬链线方程：

[0055]

[0056] 其中，L表示档距，单位m；h表示最大弧垂处距地高度，单位m；S表示架空线最大弧垂，单位m；α表示导线水平方向的应力系数，α的技术公式为：

[0057] α＝γL/σ0

[0058] 其中，γ表示导线自重比载，单位N/(m·mm2)；σ0表示导线水平方向的应力，单位N/2
mm；导线自重比载的计算公式为：

[0059]

[0060] 其中，g表示重力加速度，取9.8m/s2；m0表示单位导线的质量，单位kg/km；s0表示导2
线的截面积，单位mm；

[0061] 空线路档距相等，则等高悬挂时输电线路的悬链线一般方程为：

[0062]

[0063] 架空线的弧垂计算公式为：

[0064]

[0065] S3：计算输电线路中初相线路在钢架上产生的感应电压的步骤，具体包括：

[0066] 计算导线距离地面的平均高度ha：

[0067]

[0068] 其中，H表示导线悬挂点高度，单位m；S表示导线的弧垂参数，单位m；

[0069] 计算每根钢架的等效长度leq：

[0070]

[0071] 其中，a表示钢架高度，单位m；b表示钢架宽度，单位m；钢架示意图见图3；

[0072] 计算感应电压ua：

[0073] 将相邻两根钢架与大地组成的系统等效为闭合导体，则交流输电线路中初相线路在钢架上产生的感应电压由下式计算，

[0074]

[0075] 其中，μ0表示真空磁导率；I0表示交流输电线路的最高运行电流，单位A；ω＝2πf，f为系统频率；d表示每根钢架间的距离，单位m；ha表示导线距地面的平均高度；d0表示钢架
距导线的水平距离，单位m；Req表示每相导线的等效半径，单位m；leq表示每根钢架的等效
长度；ωt表示输电线路的初相角；由于输电系统为双回交流输电，因此每相相差120°。

[0076] S4：计算钢架总感应电压的步骤，具体包括：

[0077] 依据步骤S3得出初相感应电压ua，根据空间位置变换相关参数，并且依次将相位角减少120°、240°，计算出另外两相线路在钢架上产生的感应电压；将三相线路的感应电压
叠加后得到总感应电压ui；

[0078] S5：计算总感应电流的步骤，具体包括：

[0079]

[0080] 其中，si表示每根钢架的横截面积，单位m2；ρ0表示钢架的电阻率。

[0081] 以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和
润饰，都应落在本发明的保护范围内。