直流输电线路三维离子流场的计算方法

当考虑导线弧垂、杆塔、地面起伏以及临近建筑物等影响时,高压直流输电线路的离子流场是一个三维场,需要提出有效的三维直流离子流场的计算方法。采用优化模拟电荷法求得标称电场的电力线,然后基于Deutsch假设计算直流离子流场的空间合成电场。针对直流模拟试验线段,对其附近放置房屋模型时地面及房屋模型顶部的合成电场进行计算和测量,将计算结果与测量结果进行比较,其结果令人满意。该方法还适用于换流站的离子流场分析以及其他类似物理问题的计算。     

直流输电线路下方建筑物附近离子流场的计算

直流输电线路下方建筑物附近电场分布复杂,基于Deutsch假设计算建筑物附近的离子流场在理论上会造成较大的误差,同时无法考虑风速的影响。基于上流有限元方法计算直流模拟试验线路下方房屋模型附近的离子流场,采用新型的迭代收敛控制技术,保证了迭代收敛过程的稳定性。计算结果与试验数据进行对比,得到了很好的验证。结果表明上流有限元方法适用于直流线路下方建筑物附近离子流场的计算。考虑风速的影响,计算建筑物附近离子流场,发现风速对建筑物附近合成场强以及离子流密度的影响很大,因此在计算直流输电线路下方建筑物附近电磁环境时,必须考虑风速对离子流场的影响。     

邻近交流线路时直流输电线下混合电场的计算

为了准确计算交直流并行输电线路线下混合电场,针对交流输电线路对直流导线表面电场的影响进行了分析,采用寻优算法优化模拟电荷位置,分析了直流导线表面电场随交流导线电压变化的情况.在考虑交流线路对直流线路空间离子轨迹影响的情况下,基于Deutsch假设计算了直流输电线路线下合成电场的瞬时最大值,提出了一种合理的假设,从而准确地计算了并行输电线路线下混合电场.最后分析了线路邻近间距对线下混合电场的影响.结果表明,交流输电线路对直流导线的起晕以及直流线下空间离子流场有较大影响,在计算时应予以考虑,交直流线路间距对直流线路线下混合电场有很大影响,在设计线路时应予以考虑.     

直流输电线下存在建筑物时合成电场计算的有限元方法

随着中国直流输电工程的快速建设,经济发达地区输电走廊日益紧张,直流输电线路附近存在建筑物时的合成电场问题日益受到关注.对上流有限元法进行改进,使导体表面电场强度计算精度比单元电场插值方法的计算精度提高了近2个数量级,对计算过程中导线表面场强满足起晕场强约束具有重要意义.同时,对迭代过程中的节点电荷更新策.略进行改进,使算法更易于实现.依托中国电力科学研究院的实验平台,对线下存在建筑物时的实际境况进行模拟实验,测量结果验证了计算方法的有效性.最后,对线下存在建筑物时的合成电场分布特点进行分析.     

特高压直流输电线路离子流场的有限元-积分法计算

针对特高压直流输电线的地面电场和离子流密度的计算问题,采用有限元-积分方法,对双极离子流场的控制方程进行求解,同时还对空间电荷密度初值进行了改进。通过计算,发现该方法能较快地获得稳定的数值解。通过采用该方法对±400kV的直流线路进行了比对计算,验证了该算法的有效性。将该方法应用于实际的±800kV直流输电线路,对地面合成电场和离子流密度进行了计算,分析了导线对地高度、极间距、正负极起晕情况不同以及避雷线对地面合成电场和离子流密度的影响。结果显示随导线高度升高和极间距减小,地面的最大电场强度和离子流密度随之减小。在正、负极起晕不同时,负极导线下面的合成电场和离子流密度的最大值比正极大。计算中,考虑避雷线会增大地面的合成场强和离子流密度,但是不明显。     

特高压直流输电线路档距内离子流场的三维计算

传统的特高压直流输电线路离子流场的计算采用二维模型,不能正确反映档距内考虑弧垂时的电场分布。笔者采用模拟电荷法计算标称电场,结合输电线满足的悬链线方程,考虑极导线表面电场的变化,对特高压直流输电线路档距内的离子流场进行了三维仿真计算,将结果与实测值进行了比较并做了分析。考虑弧垂时的地面合成电场值比不考虑弧垂时小,合成电场在垂直输电线方向和沿着输电线方向均呈对称分布,最大场强出现在在最大弧垂点边导线外侧2 m左右,随着远离弧垂最大处,合成电场在垂直和沿着输电线方向逐渐衰减。     

雾霾天气下的直流输电线路离子流场分布特性及其影响因素

我国雾霾多发地区也是输电走廊和用电负荷高密度地区,而长期暴露在雾霾天气下的架空输电线路的安全运行受雾霾天气影响。在直流输电线路周围离子流场的作用下,雾霾颗粒会荷电化,荷电后的雾霾颗粒将影响输电导线周围的空间电场分布。本文首先分析雾霾天气对直流输电线路离子流场的影响机理,给出雾霾天气下的直流输电线路离子流场控制方程及计算方法,然后计算不同污染程度雾霾天气下的直流输电线路离子流场,最后分析雾霾天气对离子流场的影响因素。计算结果表明:在雾霾天气下,地面合成场强和离子流密度的分布趋势和正常天气条件下的相同,但幅值增加;雾霾天气对地面合成场强的影响更大;地面合成场强的幅值随着污染程度的增加而增大;雾霾天气下地面合成场强和离子流密度分布增大的主要原因是电晕程度增加。     

特高压直流输电线路离子流场计算方法及改进

介绍了基于迎风差分算法的高压直流线路下离子流场的计算方法。文中改进了导线表面电荷密度初始值的计算方法和更新迭代方法,使计算中可以考虑分裂导线的情况。提出在直流离子流场计算过程中使用连续边界条件可以提高计算精度并显著提高计算效率。通过直流输电线路下地面合成电场、离子流密度计算结果和实测结果的比较,对本文算法进行了验证。最后使用本方法对典型±800kV特高压直流线路下离子流场进行了仿真计算。     

考虑风速和导线高度影响的高压直流输电线下离子流场计算

为了预测高压直流输电线下的电磁环境,对不同条件下的地面离子流场分布进行了计算研究。采用Kaptzov假设,通过模拟电荷法计算人工边界处的标称电位,再结合泊松方程计算出空间电荷产生的电场,同时提出一种新的空间电荷密度更新公式,基于上流有限元方法求解离子电流密度方程。通过同轴圆柱电极电场问题验证了该算法的有效性,并利用考虑风速的单极高压直流输电线路模型说明了该算法的可靠性。最后,将其应用到不同导线对地高度和不同风速影响下的双极高压直流导线离子流场问题,结果表明导线对地高度和风速都会影响地面最大合成场强和离子流密度,且风速会使其发生偏移。     

青藏联网±400kV直流输电线路导线选择

根据直流输电线路线下地面合成电场、地面离子流密度、无线电干扰场强、电晕可听噪声等控制指标,对3000～5 300 m特高海拔地区直流输电线路采用不同分裂导线进行相关计算,建议特高海拔地区±400 kV直流输电线路极导线采用4×LGJ -400/35钢芯铝绞线.     

高压直流单极离子流场的有限元迭代计算

采用有限元方法对HVDC单极离子流场进行迭代求解,在采取一定近似条件的情况下,将描述高压直流线路周围场分布的三阶非线性偏微分方程分解为对泊松方程和电流连续性方程的分别求解。在给定空间电荷密度初值后,不断迭代求解并根据每一步结果对空间电荷密度修正直至收敛。讨论了计算中需要考虑的若干问题,舍弃了Deutsch假设,并用更符合实际的导体表面场强经验公式代替Kaptzov假设,提出一种空间电荷密度更新公式。最后用具有解析解的同轴圆筒电极问题对该算法进行了验证,并与相关HVDC模型实验数据进行比较,得到了较满意的结果。该方法可适用于HVDC单极离子流场的计算分析。     

HVDC输电线路离子流场数值计算方法研究

为了解高压直流输电线路的电磁环境影响及电晕损耗,讨论了高压直流线路周围离子流场计算的数值方法。描述高压直流离子流场控制方程的三阶非线性偏微分方程分解为两个等效的泊松方程后可用有限元迭代方法求解即在每次求解后根据两场的计算结果更新空间电荷密度,反复迭代求解直至计算结果收敛。该算法舍弃了Kaptzov和Deutsch假设,并提出了一种有效的电荷密度更新公式,同时考虑两场电位差别、电场与边界条件的差别,使迭代较快收敛。通过与实验模型的测试结果对比,验证了算法的有效性。     

超/特高压交流输电线路电晕损失的数值仿真研究

电晕决定输电线路的电磁环境特性。采用模拟电荷法计算交流输电线路的电晕损失,交流导线用多根线电荷表示,导线表面场强超过起晕场强时令一定量电荷由导线表面发射到空间中。将交流周期分为若干时段,在每一时刻都考虑了导线表面电荷发射、空间电荷运动、空间电荷复合等效应,重复计算若干周期直至离子流场稳定。在已有方法的基础上改进了起晕条件和电荷发射的计算方法,考虑了导线表面电场不均匀性对电晕放电的影响,从而可以对多相多分裂导线离子流场进行仿真计算,进而计算得到线路电晕损失。对三相8分裂特高压交流线路电晕损失计算结果与试验结果有较好的一致性。     

有限元法分析特高压直流线路对人体的影响

为解决特高压直流输电线路对人体影响的问题,引入有限元的数值计算方法,计算了±800kV直流输电线路周围的合成电场和离子电流并建立了人体仿真模型以选取合适的人体介电常数。结果表明:站立时人体模型的最大电场强度为19.15kV/m,行走时的人体模型最大电场强度为18.193kV/m。最大电场强度均在头顶处,最大离子电流密度出现在脚部,下半身的离子电流密度大于上半身。综合考虑输电线路对人的影响、经济性和裕度的情况下,推荐了导线对地的平均高度,在居民区为22m,荒郊区为20m。     

离子流场中导体充电电位的计算

随着我国高压直流输电工程的快速建设,其电磁环境问题日益受到广泛关注,线下离子流场中导体充电问题是其中一项比较重要的问题。该文对上流有限元法进行改进,使其能够计算离子流场中经电阻接地导体的充电电位,计算结果与实验结果具有较好的一致性,证明了该算法的正确性。基于所提算法,讨论接地电阻变化时充电导体电位的变化规律。当接地电阻很大时,该方法计算结果为离子流场中悬浮导体的电位值;离子流场中悬浮导体充电电位绝对值比导体不存在时相同位置的电位值高。考察离子流场中悬浮导体的电位问题,需要进行离子流场数值计算。     

A measurement method for atmospheric ion mobilities based on cylindrical electrodes in direct current corona discharge

Ion mobility is one of fundamental parameters to describe the motion of ions in an electric field and a significant quantity to calculate the ionized field and ion current density of ultrahigh‐voltage direct current (UHVDC) power lines. This paper presents a measurement method for atmospheric ion mobilities in a DC corona discharge. An apparatus with coaxial cylindrical electrodes is designed and utilized. A vibrating electric field meter is employed to measure the ionized field of the electrode. Experimental results show that under atmospheric conditions, the average positive and negative ion mobilities are 1.76 × 10⁻⁴ and 1.88 × 10⁻⁴m²·V⁻¹·s⁻¹, respectively. The proposed method is compared with previous works of others. The impact of fluctuations of the measured ionized field and ion current density on the results of ion mobilities is also analyzed. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Adaptive finite-element ballooning analysis of bipolar ionizedfields

This paper presents an adaptive finite-element iterative method for the analysis of the ionized field around bipolar high-voltage direct-current (HVDC) transmission line conductors without resort to Deutsch's assumption. A new iterative finite-element ballooning technique is used to solve Poisson's equation wherein the commonly used artificial boundary around the transmission line conductors is simulated at infinity. Unlike all attempts reported in the literature for the solution of ionized field, the constancy of the conductors' surface field at the corona onset value is directly implemented in the finite-element formulation. In order to investigate the effectiveness of the proposed method, a laboratory model was built. It has been found that the calculated V-I characteristics and the ground-plane current density agreed well with those measured experimentally. The simplicity in computer programming in addition to the low number of iterations required to achieve convergence characterize this method of analysis     

双极HVDC线路离子流电场计算及影响因素

高压直流输电线路运行时电晕形成的独特离子流电场对环境的影响已成为线路设计和环境影响评价的重要内容,而离子流电流密度和电场强度是表征离子流电场的重要特征参数。为此运用解析法计算了地面最大离子流电流密度和最大电场强度分布并分析了导线设计参数对它的影响。研究发现,运行电压较高时,导线高度、极间距是影响离子流电场的主要参数,与美国电力科学研究院的半经验公式法表达的规律一致。