一种考虑磁化曲线的GIS站水平管道阻抗计算方法及系统与流程

本发明涉及计算电磁学，具体为一种考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法及系统。

背景技术：

1、随着城市规模的扩大和城市建设的不断发展，gis(地理信息系统)站水平管道的设计和规划变得越来越重要。在gis站水平管道系统中，阻抗计算是一个至关重要的技术，它能够帮助工程师们评估和分析管道在运行过程中所面临的各种阻碍和限制，并提供解决方案。目前的技术存在一些缺点和需要解决的问题，1.目前获取管道磁化曲线的方法较为繁琐，需要进行实地测量或者依赖于管道材料的磁化特性数据。2.目前的技术在建立磁化曲线的模型时，可能会忽略一些重要的因素，如管道的几何形状、管道周围环境的影响等。这可能导致计算结果的不准确性。3.由于管道的几何形状和材料的多样性，计算管道的电磁阻抗可能涉及复杂的数值计算，计算过程中需要考虑多个因素的相互作用。这使得计算的复杂度较高，计算时间较长。4.计算得到的电磁阻抗数据需要进行后续的处理和分析，以便进行系统的设计和优化。然而，目前的技术在数据处理和分析方面可能存在一些困难，如数据的可视化、数据的解释和应用等方面。

2、在gis开关操作的时候，会产生快速暂态过电压(vfto)。暂态电流通过gis站管道与地网连接，由于管道阻抗反映了管道系统中电气信号的传输特性，通过计算管道阻抗，可以了解管道系统中电气信号的传输方式、传输速率以及信号幅值等信息，从而评估vfto对gis系统的影响程度，并采取相应的措施进行防范和修复，因此计算管道阻抗则是进行vfto传导骚扰研究的基础。另外，以管道阻抗为基础的vfto传导骚扰的研究也可为gis开关的优化设计提供参考依据，以提高gis开关的耐受电压水平，减少vfto发生的可能性，保护互感器和其他管道设备的安全运行，同时降低管道系统的维修成本。因此，计算gis站点管道阻抗具有重要的研究价值和应用前景。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明解决的技术问题是：现有的gis站管道阻抗计算方法存在磁化曲线获取困难、模型化不准确、计算复杂度高以及数据处理和分析困难，以及如何通过模拟gis站管道在外场下的磁化过程，精确获得管道的阻抗问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法，包括建立导体传输线模型，gis管母线和大地之间构成内、外传输线系统；设定用于描述gis站点管道模型中的电磁场分布情况的参数；计算gis站点管道场的电磁分布情况，得到管道内信息。

5、作为本发明所述的考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法的一种优选方案，其中：所述内、外传输线系统包括中心导杆和外壳构成内传输线系统，外壳和大地构成外传输线系统。

6、作为本发明所述的考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法的一种优选方案，其中：所述管道模型中的电磁场分布情况包括基于用电磁场仿真有限元方法，对gis管道进行建模和分析，获得管道的阻抗参数，描述管道线上电压、电流与管道参数之间关系的微分方程组为频域电报方程表示为：

7、

8、

9、zi和yi分别是内传输线系统的单位长串联阻抗和并联导纳，zo和yo分别是外传输线系统的单位长串联阻抗和并联导纳，zt是单位长转移阻抗，yt是转移导纳，是内传输线系统的电压，是外传输线系统的电压，是内传输线系统的电流，是外传输线系统的电流，表示对自变量x求导。

10、将内、外传输线系统看作由中心导杆、外壳和大地构成的导体传输线模型，并以大地作为参考导体，频域电报方程表示为：

11、

12、

13、其中z和y分别是导体传输线系统的单位长串联阻抗矩阵和并联导纳矩阵；得到电压及电流，表示为：

14、

15、

16、

17、

18、得到导体传输线系统的单位长串联阻抗矩阵和并联导纳矩阵，表示为：

19、z11＝zo+zi-zi

20、z12＝z21＝zo-zi

21、z22＝zo

22、y11＝yi

23、y12＝y21＝yi-yi

24、y22＝yo+yi-2yi

25、其中zi、yi、zo、yo、zt、yt参数即为计算变量。

26、作为本发明所述的考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法的一种优选方案，其中：所述用于描述gis站点管道模型中的电磁场分布情况的参数包括频率范围、网格密度、边界条件。

27、作为本发明所述的考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法的一种优选方案，其中：所述计算gis站点管道场的电磁分布情况包括用于描述电场与磁场间的相互关系，微分形式的方程组表示为：

28、

29、

30、

31、

32、其中，h为磁场强度；d为电位移；j为传导电流密度；e为电场强度；b为磁通密度；ρ为电荷密度，d为电位移矢量，t为时间；磁通密度b连续，表示为一个磁矢势a的旋度，满足：

33、

34、在方程组中，有关场量之间的关系表示为：

35、d＝εe

36、b＝μh

37、j＝γe

38、其中，ε为介电常数；μ为磁导率，反映材质在磁场中对磁通密度的影响程度；γ为电导率。

39、作为本发明所述的考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法的一种优选方案，其中：所述获得gis站点管道场的电磁分布情况包括变压器、电抗器为工频激磁电流，忽略位移电流，铁心中的磁场方程表示为：

40、

41、引入磁矢位a，磁场方程表示为：

42、

43、其中，υ＝1/μ表示铁心磁阻率，磁通密度与场强间满足h＝υb。

44、作为本发明所述的考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法的一种优选方案，其中：所述管道中信息包括基于安培定理、法拉第电磁感应定律以及电路计算理论，将磁场分布数据转换为管道的阻抗和导纳。

45、本发明的另外一个目的是提供一种考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算系统，其能通过模拟gis站管道在外场下的磁化过程，计算管道的阻抗，解决了目前的gis站水平管道阻抗计算精度低的问题。

46、作为本发明所述的考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算系统的一种优选方案，其中：包括内、外传输线模块，参数设定模块，管道信息获取模块；所述内、外传输线模块用于建立导体传输线模型，进行管道中的数据分析处理；所述参数设定模块用于描述gis站点管道模型中的电磁场分布情况，描述电场与磁场间的相互关系；所述管道信息获取模块用于获得gis站点管道场的电磁分布情况。

47、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序是实现考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法的步骤。

48、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法的步骤。

49、本发明的有益效果：本发明提供的考虑磁化曲线的gis站水平管道阻抗计算方法，引入管道的磁化特性至有限元分析中，通过gis管道母线有限元模型，精度远高于传统电路分析，借助麦克斯韦方程求得水平管道的电磁场分布状态进而求得管道阻抗，有助于优化管道的电磁性能并减少信号损耗，本发明在分析精度、执行成本和传播效率方面都取得更加良好的效果。