技術(shù)特征：

1.一種輸電線路縮尺等效物理實驗方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)首先設(shè)定輸電線路縮尺的等效物理實驗是以超遠距離、大容量的半波長3000km的輸電方式，半波長輸電線路的尺寸等于光速在一個周期內(nèi)的傳播距離，即λ＝3×10⁸/f(m) (1)

式中，f以Hz為單位，

半波長為

$\frac{\mathrm{\λ}}{2}=15\×{10}^4/f\left(km\right)---\left(2\right)$

2)描述輸電線路的主要參數(shù)是傳播常數(shù)γ和特征阻抗Zc，

$\mathrm{\γ}=\sqrt{ZY}=\mathrm{\α}+j\mathrm{\β}---\left(3\right)$

$Z_C=\sqrt{\frac{Z}{Y}}---\left(4\right)$

其中，輸電線路的單位長阻抗Z＝R+jωL，導納Y＝G+jωC；R為單位長電阻，L為電感，G為電導和C為電容，ω為頻率；

輸電線路縮尺等效物理實驗的縮尺倍數(shù)與頻率及半波長的關(guān)系如表1所示，

表1頻率、半波長以及縮尺倍數(shù)的關(guān)系

3)輸電線路上的電壓、電流分布的形式表示為

U(z)＝U₊e^-γz+U_-e^γz (5)

$I\left(z\right)=\frac{U_{+}{e}^{-\mathrm{\γ}z}}{Z_c}-\frac{U_{-}{e}^{\mathrm{\γ}z}}{Z_c}---\left(6\right)$

其中入射波振幅U₊和反射波振幅U_-的具體值取決于輸電線路端接電源的強度和負載的阻抗；

4)將半波長輸電線路的尺寸縮短到1/N，為了保證波形的不變，則將傳播常數(shù)γ增大N倍，同時特征阻抗Zc保持不變，即

γ→Nγ (7)

Z_c→Z_c (8)

由于

$\mathrm{\γ}=\sqrt{(R+j\mathrm{\ω}L)(G+j\mathrm{\ω}C)}---\left(9\right)$

$Z_C=\sqrt{\frac{R+j\mathrm{\ω}L}{G+j\mathrm{\ω}C}}---\left(10\right)$

為了達到上述效果，應有：

ω→Nω (11)

L→L (12)

C→C (13)

R→NR (14)

因此，ω頻率需要提高到N倍，同時保證單位長L和C保持不變，由此要求：

(1)輸電線路的縱向長度(即半波長輸電線路的長度)縮減到之前的1/N；

(2)輸電線路的橫向尺寸：對地高度、不同導線之間的間距，以及導線的半徑均需等比例縮減，即縮減到之前的1/N₁；

(3)導線的電導率增加到之前的N₂倍，以保證單位長度的電阻正好增加N倍。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種輸電線路縮尺等效物理實驗方法，其特征在于，所述保證單位長度的電阻正好增加N倍，則N₁和N₂滿足

$R=\frac{1}{{\mathrm{\σ\πr}}_w^2},R^{\′}=\frac{1}{N_2\mathrm{\σ}\mathrm{\π}{(r_w/N_1)}^2}---\left(22\right)$

$R^{\′}=NR\⇒N_2=N_1^2/N---\left(23\right)$

上面的計算沒有考慮集膚效應，即使考慮集膚效應，式(23)給出的關(guān)系也是成立的，過程如下：

$R=\frac{1}{2{\mathrm{\πr}}_w\mathrm{\σ}\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}\mathrm{\σ}}}}=\frac{1}{2{\mathrm{\πr}}_w\sqrt{\frac{2\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}}}},R^{\′}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\frac{r_w}{N_1}\sqrt{\frac{2N_2\mathrm{\σ}}{{\mathrm{\ω}}_2\mathrm{\μ}}}}---\left(24\right)$

ω₂＝Nω,

式中μ為磁導率、σ為導體電導率；

因此，式(23)給出了導線半徑縮尺倍數(shù)和電導率增加倍數(shù)應滿足一定的協(xié)同關(guān)系。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種輸電線路縮尺等效物理實驗方法，其特征在于，所述導線半徑縮尺倍數(shù)和電導率增加倍數(shù)應滿足的協(xié)同關(guān)系的具體的縮尺方案為：

縮尺方案1：等比例縮尺

等比例縮尺是指導線半徑以及線路橫向尺寸的縮尺程度與長度縮尺程度相同，即：

N₁＝N

N₂＝N (26)

此時，導線的電導率需等比例增加N倍；

縮尺方案2：等電導率縮尺

等電導率縮尺是指導線的電導率不變，即：

N₂＝1

$N_1=\sqrt{N}---\left(27\right)$

此時，導線的橫向尺寸縮尺比例為縱向尺寸縮尺比例的平方根；

縮尺方案3：等半徑縮尺

等半徑縮尺是指導線的半徑，線路的橫向尺寸保持不變，即：

N₁＝1

N₂＝1/N (28)

此時，導線的電導率需等比例減小到1/N；

實際中，導線都采用金屬材料，其電導率幾乎不能改變，因此，

縮尺方案2：等電導率縮尺；

由于要改變導線的電導率，縮尺方案2的等電導率縮尺不易實現(xiàn)；因此優(yōu)選縮尺方案2的等電導率縮尺方案，其中，線路橫向尺寸同時縮減到之前的導線電導率不變，線路長度縮短N倍，頻率提高N倍時，線路單位長L和C保持不變。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種輸電線路縮尺等效物理實驗方法，其特征在于，自電位系數(shù)P_ii和互電位系數(shù)P_ij分別為：

$P_{ii}=\frac{1}{2{\mathrm{\π\ϵ}}_0}ln\frac{2y_i}{r_i}---\left(29\right)$

$P_{ij}=\frac{1}{2{\mathrm{\π\ϵ}}_0}ln\frac{\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i+y_j)}^2}}{\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i-y_j)}^2}}---\left(30\right)$

q＝P^-1u＝Cu,Y＝j(luò)ωC (31)

式中q為線電荷密度，u為導線對地電壓，P為電位系數(shù)矩陣；

由上式可見，線路橫向參數(shù)x、y、r都縮減到之前的時，P_ii和P_ij都不變，因此線路單位長C在縮尺前后保持不變；

自阻抗Z_ii和互阻抗Z_ij的計算公式如下：

$\begin{array}{c}{Z}_{ii}=j\mathrm{\ω}\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{2\mathrm{\π}}ln\frac{2(y_i+p)}{r_i}+\frac{1}{2{\mathrm{\πr}}_i}{\left(\frac{j\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}}{{\mathrm{\σ}}_i}\right)}^{1/2}\frac{I_0\left(r_i\sqrt{{\mathrm{j\ω\μ\σ}}_i}\right)}{I_1\left(r_i\sqrt{{\mathrm{j\ω\μ\σ}}_i}\right)}\\ =j\mathrm{\ω}L+R\end{array}---\left(33\right)$

$\begin{array}{c}{Z}_{ij}=j\mathrm{\ω}\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{2\mathrm{\π}}ln\frac{\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i+y_j+2p)}^2}}{\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i-y_j)}^2}}\\ =j\mathrm{\ω}L\end{array}---\left(33\right)$

$p={\left(\sqrt{j\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}\mathrm{\σ}}\right)}^{-1}---\left(34\right)$

式中p為電磁波在大地中的復透射深度，μ為磁導率、σ為電導率；

由上式可見，線路橫向參數(shù)x、y、r都縮減到之前的p縮減到之前的μ₀不變，因此線路單位長L在縮尺前后保持不變。