[发明专利]一种均压环表面及其周围空间三维电场强度的计算方法

说明书

本发明公开了一种均压环表面及其周围空间三维电场强度的计算方法，包括：S1)在均压环内部设置环形模拟电荷，并在均压环表面设置电位匹配点和校验点；S2)求解环形模拟电荷、匹配点和校验点的三维坐标；S3)求解环形模拟电荷电位系数和电场强度系数的计算表达式；S4)建立环形模拟电荷方程组，求解环形模拟电荷的电荷量；S5)校验环形模拟电荷的模拟精度；S6)求解均压环表面及其周围空间三维电场强度。本发明提供的均压环表面及其周围空间三维电场强度的计算方法，利用环形模拟电荷获取均压环表面及其周围空间三维电场强度，具有模拟精度高、运算量少的特点。

技术领域

本发明涉及电磁场数值计算技术领域，特别是涉及一种均压环表面及其周围空间三维电场强度的计算方法。

背景技术

近年来，随着电压等级的提高，电晕及其电磁环境问题日益突出，已经成为超特高压输变电工程设计的关键技术难题之一。均压环作为输变电工程中必备可少的组件，由于没有其它金具和导线的屏蔽作用，导致其表面电晕放电放电现象十分严重。因此，为了抑制均压环表面的电晕放电现象，需要对其表面及周围电场强度分布进行求解与分析。

目前，国内外静电场计算方法主要有有限元法、有限差分法、模拟电荷法和表面电荷法。其中应用最广泛的为模拟电荷法和有限元法。有限元法以变分原理和剖分差值为基本理论，将整个求解区域划分成很多个子区域，把静电场计算问题转变成由能量积分求极值的变分问题，然后将计算边值问题的原理应用于这些子区域，求解每个子区域，最后将每个子区域的结果整合得到整个求解区域的解。但是，有限元只能对闭合求解域进行计算，而电场计算问题往往是一个开域问题，因此利用有限元法求解静电场问题时误差会很大。模拟电荷法是指在求解场域之外用一组虚拟的模拟电荷来等效电极或介质表面的电荷，电荷值则由所给的电极或介质的边界条件来确定，求解区域的电场分布由一组离散电荷的解析式求得。因此，模拟电荷法能很好的处理开放的边界问题，在求解静电场问题时计算精度很高。而目前在求解均压环表面及其周围三维电场强度分布时都在采用有限元方法，还没有采用模拟电荷法的相关研究。

相比环形模拟电荷，点电荷和线电荷在模拟电荷法中应用最为广泛，理论计算分析也更为成熟，但其对于均压环特定的环状结构，环形模拟电荷在求解均压环表面及其周围电场分布时运算量较大、计算速度较慢，因此需要建立利用环形模拟电荷求解均压环表面及其周围空间三维电场强度的计算方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种均压环表面及其周围空间三维电场强度的计算方法，利用环形模拟电荷获取均压环表面及其周围空间三维电场强度，具有模拟精度高、运算量少的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种均压环表面及其周围空间三维电场强度的计算方法，包括：

S1)在均压环内部设置环形模拟电荷，并在均压环表面设置电位匹配点和校验点；

S2)求解环形模拟电荷、匹配点和校验点的三维坐标；

S3)求解环形模拟电荷电位系数和电场强度系数的计算表达式；

S4)建立环形模拟电荷方程组，求解环形模拟电荷的电荷量；

S5)校验环形模拟电荷的模拟精度；

S6)求解均压环表面及其周围空间三维电场强度。

可选的，其特征在于，步骤S1)所述在均压环内部设置环形模拟电荷，并在均压环表面设置电位匹配点和校验点，具体包括：

建立均压环在空间中垂直于地面布置的计算模型，以均压环正中心为坐标原点建立x-y-z三维直角坐标系，m个环形模拟电荷垂直于x-y平面，围绕z轴均匀布置于均压环内部，在均压环外侧表面和内侧表面正对每个模拟电荷的位置布置一个匹配点，共计设置2m个匹配点；在均压环外侧表面和内侧表面每两个相邻的匹配点中间布置一个校验点。