500kV交流直线转角塔电场仿真系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种500kV交流直线转角塔电场仿真系统，包括依次顺序相连的转角杆塔及绝缘子、金具模型库，导线模型建立单元，有限元求解单元和后处理单元；转角杆塔及绝缘子、金具模型库为经过直线转角塔模型建模之后就形成的元件库;导线模型建立单元用于实现导线的参数化设置;有限元求解单元通过调用ANSYS仿真软件进行有限元分析；后处理单元用于对有限元求解系统计算结果进行处理，获取需要展示的物理量；本发明降低500kV输电线路工程电场方面环保费用，参数化建模过程中，可对参数化结构进行自定义赋值，从而可以计算同一工况下，不同结构或布置方式下的输电杆塔电场分布情况，为改善导线及金具表面的最大场强提供数据依据。
【专利说明】500kV交流直线转角塔电场仿真系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及特高压交直流输电工程的建设领域，尤其涉及500kV交流直线转角塔电场仿真系统。
【背景技术】
[0002]进入二十世纪以来，为满足日益增长的用电需求，电网规模、容量迅速扩大，输变电工程也在飞速实施。与此同时城市规模急剧扩增，因此500kV超高压输电工程跨越城镇现象时有发生。电磁环境问题引起了越来越多的关注。电磁场的生态效应，电磁场对人类生活必需的通信、广播、电视、等的影响，都已成为输变电工程应优先考虑的因素。
[0003]直线转角塔在500kV输变电工程中得到大量的应用。目前国内外对高压输变电工程工频电场的研究多集中于输电线路，内容比较完善，但对输电线杆塔的工频电场分布的研究非常少，目前只有少量对直线塔的电场分布的分析，以研究工作人员检修时的安全防护。
[0004]由于地形等因素，输电线路不可能一直是直线，有些地方需要拐弯，当拐弯角度在5度以内时就采用直线转角塔直线转角塔，角度再大则需要采用耐张转角塔；由于转角塔两侧是不对称的，因此在计算时有别于直线塔，即需要对两侧同时建模、加载求解，计算复杂。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明克服了现有技术的不足，本发明提供一种500kV交流直线转角塔电场仿真系统，根据实际直线转角塔建立杆塔模型，形成转角杆塔及绝缘子、金具模型库，参数化导线模型，通过有限元求解获取转角塔电场分布，并可视化处理有限元求解结构，模型导入方便，计算电场分布简单。
[0007]500kV交流直线转角塔电场仿真系统，包括依次顺序相连的转角杆塔及绝缘子、金具模型库，导线模型建立单元，有限元求解单元和后处理单元；
转角杆塔及绝缘子、金具模型库为经过直线转角塔模型建模之后就形成的元件库。依据500kV交流直线转角塔的实际参数建立各种直线转角杆塔的模型，每一种模型配置不同型号的绝缘子串以及金具，经过各种建模之后就形成了一个元件库，该元件库即为转角杆塔及绝缘子、金具模型库。仿真杆塔工频电场时就可以方便的导入这些模型，计算出各自的电场分布。为了实现模块化以及操作的方便，本软件参考实际典型输电线路工程，通过悬垂链方程参数化建立导线与跳线等柔性结构，实现精细化建模，与实际情况较为符合。在搭建模型的时候能够方便的改变元件尺寸等参数，从而得到不同情况下直线转角塔的电场结果O
[0008]导线模型建立单元用于实现导线的参数化设置，用户只需通过参数化语言的设置，即可方便的改变导线的各种参数，从而快捷地定性定量研究导线参数改变的情况下对整个杆塔电场分布的影响。
[0009]导线的参数包括导线回数、分裂参数、各相导线的中心坐标矩阵，分裂参数包括分裂数、分裂间距、分裂初相角和导线半径。对于双回线路，导线布置方式有六种情况可供选择，不同的相序布置对于于不同的边界加载条件。对导线参数设置默认值，在不更改参数的情况计算出来的是默认模型下的电场分布。
[0010]有限元求解单元通过调用ANSYS仿真软件进行有限元分析，通过有限元求解电场强，利用数学近似方法对真实的物理系统进行模拟，用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统；
有限元求解电场强度具体包括以下步骤:
(1)导入转角塔模型；
(2)设置导线参数，定义单元类型和单元属性；
(3)为每个实体分别分配单元属性；
(4)划分实体网格，设置网格大小以适应不同部位电场的精度要求；
(5)边界条件的加载，向单元节点加载电压的实部和虚部。
[0011](6)计算出每个单元各个节点上的物理量，获取直线转角塔的电场强度分布。
[0012]后处理单元用于对有限元求解单元计算结果进行处理，获取需要展示的物理量，使结果可视化，图形化展示直线转角塔电场。
[0013]后处理单元显示出计算区域内最大电场强度，杆塔及杆塔元件周围的电场强度云图分布，以数据列表的形式输出并保存，显示观察路径上的电场强度值，并与标准进行比较，判断杆塔及杆塔元件周围的电场强度是否超出阈值。
[0014]云图分布可以直观的显示出研究对象周围场的大小分布，颜色越深表示电位越高，可以清晰地反映出观察路径上的电场分布，初步在云图中可以读出最大值，并与国家标准限值相比较，直观显示超出阈值电场强度范围。
[0015]相比与现有技术，本发明具有以下优点:
本发明以500kV输电线路直线转角塔为研究对象，对500kV输电线路典型直线杆塔进行建模，采用有限元软件完成计算模型的剖分、加载及求解，获取500kV输电线路典型杆塔精细化模型的电场分布情况，方便对500kV输电线路典型杆塔电场优化、线路布置，为500kV输电线路工程建设及运行提供电磁兼容相关的参考依据，降低500kV输电线路工程电场方面环保费用，具有重要的工程应用价值和意义。
[0016]本发明参数化建模过程中，可对参数化结构进行自定义赋值，参数化结构主要为导线及跳线，从而可以计算同一工况下，不同结构或布置方式下的输电杆塔电场分布情况，为改善导线及金具表面的最大场强提供数据依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1本发明500kV交流直线转角塔电场仿真系统示意图；
图2为有限元求解电场强度步骤流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0019]如图1所示，500kV交流直线转角塔电场仿真系统，包括依次顺序相连的转角杆塔及绝缘子、金具模型库，导线模型建立单元，有限元求解单元和后处理单元。
[0020]转角杆塔及绝缘子、金具模型库为经过直线转角塔模型建模之后就形成的元件库。依据500kV交流直线转角塔的实际参数建立各种直线转角杆塔的模型，每一种模型配置不同型号的绝缘子串以及金具，经过各种建模之后就形成了一个元件库，该元件库即为转角杆塔及绝缘子、金具模型库。仿真杆塔工频电场时就可以方便的导入这些模型，计算出各自的电场分布。为了实现模块化以及操作的方便，本软件参考实际典型输电线路工程，通过悬垂链方程参数化建立导线与跳线等柔性结构，实现精细化建模，与实际情况较为符合。在搭建模型的时候能够方便的改变元件尺寸等参数，从而得到不同情况下直线转角塔的电场结果。
[0021]导线模型建立单元用于实现导线的参数化设置，用户只需通过参数化语言的设置，即可方便的改变导线的各种参数，从而快捷地定性定量研究导线参数改变的情况下对整个杆塔电场分布的影响。
[0022]导线的参数包括导线回数、分裂参数、各相导线的中心坐标矩阵，分裂参数包括分裂数、分裂间距、分裂初相角和导线半径。对于双回线路，导线布置方式有六种情况可供选择，不同的相序布置对于于不同的边界加载条件。对导线参数设置默认值，在不更改参数的情况计算出来的是默认模型下的电场分布。
[0023]以下是本实施例导线部分参数的设置实例。
[0024](I) circuit_n回路数，单回路为1，双回路为2
(2)*dim, l_xp,, phase_n 各导线及地线的x坐标向量，6个元素 *dim, l_yp,，phase_n 各导线及地线的Y坐标向量
*dim, l_zp, , phase_n 各导线及地线的z坐标向量
(3)r_line导线半径 n_mult=4 导线分裂数为4 phase_mult=45 分裂初角45度 space_mult=450 分裂间距为 450mm
(4)导线中心点的坐标
*vfill, l_xp (I)，data, 导线中心点的x坐标向量
*vfill, l_yp(l), data, 导线中心点的y坐标向量
*vfill, l_zp (I), data, 导线中心点的z坐标向量(5)双回路相序布置
xiangxul==l双回线路ABC-ABC布置
xiangxul==2双回线路ABC-ACB布置
xiangxul==3双回线路ABC-BAC布置
xiangxuI ==4双回线路ABC-BCA布置
xiangxuI ==5双回线路ABC-CAB布置
xiangxu I ==6双回线路 ABC-CBA 布置。
[0025]有限元求解单元通过调用ANSYS仿真软件进行有限元分析，通过有限元求解电场强，利用数学近似方法对真实的物理系统进行模拟，用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统； 如图2所示，有限元求解电场强度具体包括以下步骤:
(1)导入转角塔模型；
(2)设置导线参数，定义单元类型和单元属性；
(3)为每个实体分别分配单元属性；
(4)划分实体网格，设置网格大小以适应不同部位电场的精度要求；
(5)边界条件的加载，向单元节点加载电压的实部和虚部。
[0026](6)计算出每个单元各个节点上的物理量，获取直线转角塔的电场强度分布。
[0027]后处理单元用于对有限元求解单元计算结果进行处理，获取需要展示的物理量，使结果可视化，图形化展示直线转角塔电场。
[0028]后处理单元显示出计算区域内最大电场强度，杆塔及杆塔元件周围的电场强度云图分布，以数据列表的形式输出并保存，显示观察路径上的电场强度值，并与标准进行比较，判断杆塔及杆塔元件周围的电场强度是否超出阈值。
[0029]云图分布可以直观的显示出研究对象周围场的大小分布，颜色越深表示电位越高，可以清晰地反映出观察路径上的电场分布，初步在云图中可以读出最大值，并与国家标准限值相比较，直观显示超出阈值电场强度范围。
[0030]以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.500kV交流直线转角塔电场仿真系统，其特征在于，包括依次顺序相连的转角杆塔及绝缘子、金具模型库，导线模型建立单元，有限元求解单元和后处理单元； 所述转角杆塔及绝缘子、金具模型库为经过直线转角塔模型建模之后就形成的元件库:依据500kV交流直线转角塔的实际参数建立直线转角杆塔的模型，所述模型配置由不同型号的绝缘子串以及金具，经过所述转角塔建模之后形成一个元件库，所述元件库为转角杆塔及绝缘子、金具模型库； 所述导线模型建立单元用于实现导线的参数化设置；导线的参数包括导线回数、分裂参数、导线的中心坐标矩阵； 所述有限元求解单元通过调用ANSYS仿真软件进行有限元分析，通过有限元求解电场强； 所述后处理单元用于对有限元求解单元计算结果进行处理，获取需要展示的物理量，图形化展示直线转角塔电场； 后处理单元显示出计算区域内最大电场强度，杆塔及杆塔元件周围的电场强度云图分布，以数据列表的形式输出并保存，显示观察路径上的电场强度值，并与标准进行比较，判断杆塔及杆塔元件周围的电场强度是否超出阈值。
2.根据权利要求1所述的500kV交流直线转角塔电场仿真系统，其特征在于， 所述有限元求解电场强度具体包括以下步骤: (1)导入转角塔模型； (2)设置导线参数，定义单元类型和单元属性； (3)为每个实体分别分配单元属性； (4)划分实体网格，设置网格大小以适应不同部位电场的精度要求； (5)边界条件的加载，向单元节点加载电压的实部和虚部； (6)计算出每个单元各个节点上的物理量，获取直线转角塔的电场强度分布。
3.根据权利要求1所述的500kV交流直线转角塔电场仿真系统，其特征在于，所述分裂参数包括分裂数、分裂间距、分裂初相角和导线半径。
【文档编号】G06F17/50GK104331566SQ201410631937
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】张佰庆, 崔艳东, 谢伟, 杨腾腾, 童维占, 张瑞智 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司检修分公司