输变电工程广域全态电磁环境信息时空建模与可视化研究

Due to the large span of time and space in electromagnetic environment monitoring, the sensitive properties of environmental impact target, the complexity of electromagnetic environmental influence factors, and the lack of self feedback ability in electromagnetic environment prediction model, this will lead to a series of questions about electromagnetic environment monitoring, prediction and management,seriously affecting power transmission project constructing smoothly.Therefore this research will be based on the electromagnetic environment comprehensive diagnosis and monitoring of multi-source information fusion technology research, electromagnetic environment dynamic prediction model building and visualization platform, to realize the integration, preprocessing and the fusion of electromagnetic environment monitoring multidimensional data in the power transmission and transformation engineering,solve the dynamic coupling problem of the electromagnetic environment monitoring data and the prediction model, and carried on the electromagnetic environment to multidimensional visual display. Ultimately this study would provide a foundation support to solve the problem of the complex of data in the process of electromagnetic environment monitoring and insufficient of visual in electromagnetic monitoring and forecasting so that we provide technical support for the process of contruction and operation of the power transmission electromagnetic environment management.

由于输变电工程时空跨度大、环境影响敏感目标属性复杂、电磁环境影响因素繁多、电磁环境监测数据繁冗以及现行电磁环境预测模型自反馈性缺失的因素，导致电磁环境监测、预测与管理的一系列问题，严重影响输变电工程的科学规划和建设。本研究将通过开展电磁环境监测多源信息综合诊断与融合技术研究、电磁环境动态预测模型构建与可视化平台建立，实现输变电工程电磁环境监测多维数据的集成、预处理与融合，解决电磁环境监测数据与预测模型的动态耦合及反馈表达问题，并构建电磁环境多维可视化展示平台。最终为输变电工程电磁环境监测过程中数据繁冗、电磁预测模型僵硬、电磁监测与预测结果不能直观展示等问题提供解决方案,为输变电工程建设及运行过程中电磁环境管理提供技术支持。

考虑到环境湿度会影响输电线路的电晕放电强度，通过对导线上的模拟电荷量、电荷位置等参数的自适应调整，计算得到导线表面场强。针对导线电晕放电现象，通过整合电晕放电时的感应电流公式和电晕脉冲电流公式，得到导线空间电荷量的计算公式。基于叠加原理得到导线总电荷量，并利用模拟电荷法计算不同环境湿度条件下的输电线路地面场强值。环境湿度会增加空间电荷对地面场强的贡献率，且地面场强最大值将随环境湿度的增加而呈现先降低后增加的规律。在利用导线状态方程计算不同环境温度下的导线弧垂值后，通过peek公式分析导线的起晕场强，并在考虑导线是否电晕放电的前提下，计算导线周边的总电荷量，并利用模拟电荷法计算不同环境温度下的输电线路地面场强值。仿真结果为：环境温度升高不仅会增大空间电荷对地面场强的贡献率，还会影响线路地面场强的最大值。随着线路电压等级的提升，线路电晕放电对地面场强的影响逐渐增加，弧垂变化对地面场强的影响程度会逐渐下降。针对输电线路下方电场强度相对较大的现状，从优化线路参数、加设屏蔽线、铺设低压线路、种植树木、涂抹表面涂层等角度出发，并在设置不同场景的基础上，仿真分析地面场强的降低效果。建立了考虑弧垂的输变电线路三维仿真模型，使用Ansoft Maxwell电磁软件模拟仿真对气象因素变化下超高压输变电线路附近电场场强、磁场场强的影响特性，并探讨了屏蔽导线对降低超高压输变电线路附近电场场强的影响。分析了气象因素变化和屏蔽导线布置数量位置变化对超高压输变电线路附近相距地表1.5m高度的电磁场场强时空分布的影响，在输变电线路跨度，风速、覆冰不变时，相距地表1.5m高度的超高压输变电线路电磁场场强最大值随环境温度的上升而提高。建立三维超高压输电线路电磁场模型，计算不同气象条件及其组合条件变电场场强和磁场场强的时空分布规律。并探讨优化屏蔽导线数量、布置高度及布置宽度等对屏蔽输电线路电磁场场强的作用效果。针对输变电工程电磁环境监测时空跨度大、环境影响敏感目标属性复杂，从数据存储、数据组织等方面,建立多源电磁环境监测数据时空集成技术：耦合中小型GIS系统，建立网络数据库的数据存储方式，图形数据及监测数据采用文件存储的方式, 属性数据库采用网络数据库，图形数据和属性数据采用复合文档技术进行统一管理，实现对电磁环境监测的时空信息及实现对电磁环境监测数据的高效、快速预测及管理决策