大气电场仪场地因子修订及EMD分解分析

由于地面电场仪安装的位置周围或多或少存在一定的建筑物,而建筑物会对大气电场形成一定的畸变效应,从而造成了电场仪测量值不准确。本文利用深圳地区坪地基地大气电场仪实测电场强度资料,采用了有限差分、经验模态分解(EMD)等方法,对深圳地区地面大气电场仪安装位置环境了场地修订,以及研究了深圳地区大气电场变化特征。研究表明,在远离建筑的位置大气电场电势为水平的等势线分布,而在靠近建筑物的位置处,对大气电场形成了一定的畸变,因此坪地基地大地电场仪测量值是不准确的,计算出的大气电场仪顶端的大气电场畸变系数为0.364 1;采用经验模态分解(EMD)方法,对大气电场强度日变化信号进行分解得出, 大气电场强度能够分解成9个IMF分量和1个趋势项,表明了深圳地区地面大气电场强度具有多个时间尺度的振荡周期变化。根据趋势项分量可以看出,一天内电场强度幅度整体呈现出逐渐增强的变化趋势。     

建(构)筑物对大气电场测量影响的有限元分析

地面电场仪安装场地常常无法达到开阔要求,受附近建(构)筑物的影响,大气电场测量数据偏离实际值,直接影响测量数据在研究大气电学和雷电预警预报中的应用价值。针对这一问题,利用电磁场有限元分析软件Maxwell 3D进行了仿真模拟,通过讨论晴天天气条件下,不同形状、高度建筑物对地面大气电场测量的影响,以及细杆周围地面大气电场的分布,得到了建(构)筑物的影响范围,并提出了已有安装要求的不足之处,所得结论对电场仪的安装环境选择和误差修正有一定参考价值。     

单档距走廊法架设高压输电线路对地闪的影响*

基于引雷空间理论及珠三角地区已有输电线路参数,建立了单档距走廊法统计模型,对不同地形环境下输电线路走廊区域的地闪定位数据进行了筛选,分析了输电线路架设前后雷电活动及地闪幅值概率分布规律,并基于有限元-模拟电荷法,对雷云先导与大地均匀静电场在置入输电杆塔前后的电场进行了计算及模拟仿真,分析了输电线路的架设对于地闪分布规律影响。结果表明：在不同地形环境下输电线路所产生的对于雷击落点的吸引效应是不同的,在山地环境下最为明显。     

采用单档距走廊法分析高压输电线路的存在对地闪的影响

针对现行高压输电线路防雷设计规程中采用传统区域落雷参数进行分析的不足,在进行输电线路差异化雷电防护工程中,分析输电线路的架设对走廊区域雷击落点分布的影响显得十分必要。为此,基于引雷空间理论及珠江三角洲地区已有的输电线路参数,建立了单档距走廊法统计模型,对山地、近水域及平原等不同地形环境下输电线路走廊区域的地闪定位数据进行了筛选,分析了输电线路架设前后雷电活动及地闪幅值概率分布规律。基于有限元-模拟电荷法,对雷云先导与大地均匀静电场在置入输电杆塔前后的电场进行了数值计算及模拟仿真;根据雷电发展路径与空间电场最强方向一致原理,分析了输电线路的架设对于地闪分布规律影响的物理过程。结果表明:采用单档距走廊法描述输电线路沿线走廊的地闪分布特征更有针对性;不同地形环境下,输电线路的架设对于雷击落点具有吸引效应,从而导致地闪在走廊区域的分布概率显著增大;同一电压等级输电线路走廊区域,山地环境下输电线路的架设致使地闪活动的增加较为明显,而平原环境与近水域区段相对较小。     

输电线路工程运输方式经济性分析

输电线路工程建设中常见的运输方式有人力运输、汽车运输和索道运输。通过对3种运输方式费用的计算比较,汽车运输费用最省,人力运输在平地、丘陵等地形情况下比索道运输费用要省,但在山地、高山、峻岭等地形情况下,要根据具体的运输距离和运输重量来确定较经济的运输方式。此外,运输方式的选择还应结合工程实际情况、对环境的影响程度、施工工期、修路费用以及赔偿费用等来综合选定。     

大气电场测量数据的异常检测及校正方法研究

大气电场序列的清洗预处理对后续的挖掘研究具有重要意义。提出一种基于孤立森林结合Chen-Liu迭代算法的大气电场异常点检测与校正方法。该方法利用求和自回归移动平均(ARIMA)模型对大气电场时间序列进行拟合并得到拟合残差，基于残差序列构建孤立森林模型以确定异常点位置，最后通过Chen-Liu算法进行校正。通过模拟和实测大气电场数据验证所提方法的可靠性，相对于原序列，清洗后大气电场序列预测结果在均方根误差和平均百分比误差分别改善27.8%和34.98%。     

大气边界层内闪电通道电流及其FDTD模拟辐射电场的研究

为了更加深入地了解大气边界层内闪电通道电流及其产生的辐射电场特征,笔者首先利用6种闪电通道电流衰减模型,分析了大气边界层内通道电流随高度的衰减特性;其次利用二维FDTD方法模拟了大气边界层内各主要高度上,距闪电通道4个不同水平距离的水平及垂直辐射电场随时间的变化特征。得到的结果表明:1在大气边界层内各主要高度,各闪电通道电流衰减模型造成的衰减差异由大至小依次为:MTLTQ、MTLE、MTLT、MTLCOS、MTLL及TL;2在0 m高度、4个水平距离上,闪电通道的水平辐射电场主要为负值;在两个较远水平距离、15 m高度上,同时存在正、负极大值;而于其余高度、各水平距离均为正值,且幅值绝对值的量级均在0~104 V/m之间;3闪电通道垂直辐射电场,于200 m及500 m高度、距通道20 m及50 m的水平距离,以及于500 m高度、距通道200 m的水平距离均相对较为复杂;而于2 500 m高度距通道的各水平距离的特征最为简单,在8.6μs或8.9μs后出现负的增大;而除此之外均为单一极大值的正值变化。6种闪电通道电流衰减模型中,MTLL于大气边界层内各主要高度的衰减差异较为适中,且具有一定的代表性;而二维FDTD可以有效地模拟闪电通道在大气边界层内的辐射电场的水平及垂直分量。     

近距离负地闪电场波形的观测分析与数值模拟

利用GPS同步的高时间分辨率闪电电场变化仪,2002年夏季对青藏高原东北部地区的闪电特征进行了多点同步观测,得到了0.4μs时间分辨率的慢天线电场变化仪资料.文中主要分析了8月4日一次雷暴过程中大量负地闪电场变化波形,发现首次闪击先导电场反转距离的变化范围为3.4～5.1km.在3.4km以内,负先导引起的电场变化为负,地闪典型波形呈V形;在5.1km以外,负先导引起的电场变化为正,地闪典型波形呈MP形,即随距离的增加,负地闪典型波形一般从V形变为MP形.另外,将源电荷先导模式和电荷均匀分布的回击静电模式结合,对首次闪击电场变化波形的V形和MP形结构进行了模拟,模拟结果与实际观测结果有很好的一致性.     

真实起伏地形对雷电电磁场传播的模拟研究

为了优化雷电定位精度和放电参量的反演算法,本文利用二维时域有限差分方法,采取共形网格剖分技术,以广西防城港地区为例,研究了该地区地形地貌对雷电电磁场传播的影响。为了将真实地形情况的雷电电磁场传播波形与理想平坦地面进行对比,本文选取了4个不同方位的假定雷击点进行模拟计算,从雷击点到观测点的传播距离均为50km左右。从模拟结果看出:(1)对垂直电场而言,与平坦地面相比,沿真实地形传播时的电场强度减弱程度在5.1%～54.8%之间,而电场脉冲信号到达时间延迟介于1.5～2.3ms之间;(2)对水平磁场而言,强度减弱程度介于4.8%～16%之间,磁场脉冲信号到达时间延迟介于1.2～3.6ms之间。另外,通过与平坦地面的对比分析发现,受真实起伏地形的影响,当采用不同的定义方式时,雷电信号传播时间存在不同程度的滞后,其中10%阈值法的滞后时间总体最小。     

偶极子模型计算混合体局部场强的误差分析

针对偶极子模型近似计算较高占空比混合体局部场强时误差较大的问题,以有限元法的数值计算结果作为电场的真实值,得到了偶极子模型在近似计算混合体中球形颗粒表面各点场强时的相对误差。结果表明,若占空比<20%,则对于所有介质颗粒,最大误差总是出现在最大场强点;若占空比>20%,则颗粒与环境介电常数差异达到一定值时,最大相对误差将会转移到球面上另外一点,并随介电常数差异增大而逐渐靠近最小场强点。对不同占空比的混合体,考察了最大误差点随介电常数差异的变化而移动的规律,并据此绘制出了一条计算曲线。     

山区典型地形雷击地闪密度分布差异研究

地闪密度是各项防雷设计的基础参数,研究一定范围山区内不同地形地闪密度分布的差异可以获取更准确的山区地闪密度分布图。文中首先定义了表征山区不同地形落雷密集程度的落雷分布系数这一概念,利用电气几何模型(EGM)中的击距理论推导了山顶、山谷、山脚地区的落雷分布系数理论计算公式。然后对比了山区典型地形落雷分布系数理论计算公式的差异,研究了不同因素对山区典型地形落雷分布系数的影响。最后利用某省不同地区10年的雷电定位系统数据做了实例验证。研究结果表明:山顶地区地闪密度大于山谷、山脚地区地闪密度;山体坡度越大不同地区的地闪密度差异越明显;50%雷电流幅值越大的地区地闪密度差异越明显;地形宽度变大地闪密度差异逐渐减小并趋于稳定。     

电磁稳态条件下的力矩电机三维暂态温度场分析

根据传热学理论建立了力矩电机电磁稳态运行条件下的三维暂态温度场的计算数学模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件,根据电磁场计算，确定了定子铁心与磁极表面的损耗热源分布。以某型力矩电机为例,应用三维有限元法计算了电机温度场的同时，也对定子铁心损耗与转子磁极表面损耗对电机温度场的影响进行了数值分析，计算结果与实测结果相吻合。     

基于耦合边界条件的发电机定子非线性温度场计算

介绍了求解大型同步发电机的定子温度场的三维等参元法 ,利用径向通风沟壁面温度、径向通风沟表面散热系数和风沟中风速三者耦合关系 ,解决了流体与构件耦合场的数值求解问题 ,并用有限元法对影响定子温度场的进风口风速进行了数值模拟 ,得出了相应的结论     

异步牵引电机的温度场分析

建立了三相异步牵引电机温度场分析的有限元模型,分析了电机的发热源、定子线圈等效导热系数、强迫通风冷却条件下通风沟内和气隙内气流的散热系数.用有限元分析软件Ansoft对异步牵引电机的温度场进行了仿真,给出了空载和额定负载条件下包括定、转子在内的电机整体的温度场分布图,列举了一些特殊位置点的温度,并对仿真结果进行了比较和分析.     

含集中电导和具有非线性、方向性电导率的介质中直流电场的有限元计算

对含非线性电导的介质中直流电场的非线性偏微分方程可以在假定每个试探解的附近电导率是常数的前提下用有限元法迭代求解。但当场强较高和非线性较强时,无论简单迭代法或牛顿——拉夫生法都极易振荡和发散。本文采用阻尼系数缩小迭代中每步的增量,使问题获得解决。文中还推导了介质电导具有方向性时以及场中存在集中电导(包括表面电导)时有限元方程系数应有的改变。     

电力电容器元件内部的电场计算

电力电容器元件的电场数值计算是电容器设计的主要依据。应用电场数值计算有限元法对电容器元件内部电场进行计算,建立了电容器元件内部电场的计算模型,通过仿真计算得出元件内部缺陷对电场分布的影响,为电容器的绝缘设计及工艺水平的提高奠定了理论基础。     

电力电容器元件内部的电场计算

电力电容器元件的电场数值计算是电容器设计的主要依据。应用电场数值计算有限元法对电容器元件内部电场进行计算,建立了电容器元件内部电场的计算模型,通过仿真计算得出元件内部缺陷对电场分布的影响,为电容器的绝缘设计及工艺水平的提高奠定了理论基础。     

SF_6断路器灭弧室结构对电场的影响

运用四边形八结点等参元有限元法对两种不同结构的SF_6断路器灭弧室内的静电场进行了数值计算。通过对100％开距时数值结果的分析,讨论了SF_6断路器灭弧室结构对电场分布的影响,分析了两种结构的优劣并提出了对其中一种结构的改进方案。     

有限差分法的一种边界处理方法

针对有限差分法在使用中的一些缺点,提出了一些有效的改进措施 。并进行了必要的公式推导,得到了相应的便于应用数值计算的结果,使原来编难以处理的边界线和内部媒质分界线有了较方便的处理方法,这将使有限差分法在工程计算和科学研究中发挥更大的作用。