一种求解屏蔽电缆场线耦合问题的混合方法

为了克服求解屏蔽电缆电磁耦合问题传统方法的缺点,研究了一种将电磁场时域有限差分方法(FDTD)和传输线理论相结合的混合求解方法。将屏蔽电缆的场线耦合模型分解为内系统和外系统,分别应用场的方法和等效路的方法进行求解。在外系统的求解中,考虑了有耗土壤和屏蔽层接地方式对屏蔽层响应的影响。内系统求解中对传输线方程应用FDTD方法得到了芯线响应的时域解。利用该混合方法研究了外部电磁脉冲干扰对近地铺设屏蔽同轴电缆芯线的影响,并与相关实测结果进行了对比分析,验证了计算结果的正确性。     

控制系统中导线贯通屏蔽箱体对内部电路的影响

运用时域有限差分法分析了屏蔽箱体的开口结构、位置方向等对屏蔽性能的影响,以及有贯通导线存在时,干扰电磁场对箱体内部电路耦合电流的影响。研究结果表明：当开孔面积一定时,开孔形状为矩形时的箱体屏蔽性能比较差,而开孔为圆形和正方形时屏蔽效果基本一样并都优于矩形开口;有导线贯通箱体时,箱体内部电路的耦合电流显著增大,且导线越长耦合电流越大。通过采用屏蔽环来抑制干扰发现,增加环的厚度可以降低干扰,而改变环的外环尺寸对抑制干扰效果不明显。     

一种适用于配电开关辐射场仿真分析方法

在一、二次融合配电开关设备中,操作过程中暂态电磁辐射会对安装在开关内部的二次元件产生影响。目前对配电开关设备的电磁兼容问题研究集中在试验检测,而缺乏对电磁辐射场的仿真工作。文中研究目标是建立一种适合于配电开关电磁辐射场仿真方法,并通过实验验证仿真方法的适用性。通过分析配电开关设备近场辐射的特点,认为时域有限积分法是计算该电磁模型的适用方法,接下来使用CST微波工作室时域有限积分软件对一台10 kV的真空断路器进行了建模,仿真分析了合闸涌流操作引起的电磁辐射场,并进行了相同条件的辐射磁场测量实验。仿真得到的辐射磁场波形与实验采集结果对比显示,二者波形变化趋势一致,数值误差小于15%,证明了该仿真方法对计算配电开关设备的电磁辐射场的适用性。     

屏蔽电缆参数计算及屏蔽层与芯线间的串扰

为分析线缆间的串扰问题,基于有限元软件ANSYS分析了屏蔽电缆周围的电磁场分布,通过计算导体所带电荷量以及磁链,求得了多导体传输线系统的电感电容矩阵。针对位于地面上方的屏蔽电缆系统提出了一种新的表示其传输线参数的模型,即以大地为参考导体,建立包括芯线、屏蔽层、大地的统一模型,计算其相应的传输线参数;运用所得屏蔽电缆的传输线参数,结合传输线时域有限差分(FDTD)法,仿真分析了屏蔽电缆屏蔽层中的电压、电流在电缆芯线中的耦合响应问题;基于实验室研究设备,对同轴电缆屏蔽层与芯线之间的耦合问题进行了实验测量,验证了理论研究的正确性。     

钢筋网和钢筋混凝土屏蔽效能研究

利用矩量法和时域有限差分法计算分析了由钢筋网和钢筋混凝土构成的实际屏蔽体的屏蔽效能,总结了钢筋直径、钢筋网格尺寸和混凝土特性等因素对屏蔽效能影响的基本规律.通过对实际钢筋网屏蔽体屏蔽效能的测量进一步验证了所用数值计算方法对于计算此类问题的有 效性.分析了无限大金属网屏蔽效能计算公式在计算钢筋网屏蔽体屏蔽效能的参考价值和局限性.探讨了使用钢筋混凝土作为变电站保护小间屏蔽材料的可行性,为实际工程设计提供了依据.     

使用FDTD进行屏蔽盒的屏蔽效果分析

对使用时域有限差分法 (FDTD)屏蔽盒的屏蔽效果进行了分析。吸收边界采用 Mur.二阶吸收边界条件。对一个盒壁上带开孔的屏蔽盒的几种设计布置的计算和对一个实际屏蔽盒的屏蔽系数的计算结果证明 FDTD计算屏蔽系统效果良好。     

混合孔缝箱体屏蔽效能电磁拓扑分析方法

武器产生的电磁脉冲会通过"前、后门"耦合效应对箱体内部电子元器件及电路板造成毁伤,严重威胁到电气电子设备的安全运行。为此,必须对箱体电磁屏蔽效能(SE)进行分析研究。基于Robinson等效电路模型,提出了一种估算混合孔缝箱体屏蔽效能的电磁拓扑理论(EMT)方法。以孔缝散射参数为基础,建立了箱体外部场和内部场的BLT方程,解决了孔缝耦合问题;通过引入偏心系数对孔缝等效阻抗进行修正,实现了对偏心孔缝箱体的屏蔽效能分析;基于电磁波相干原理,将混合孔缝箱体的内部场分解成偏心单孔和偏心孔阵箱体内部场,从而实现了对混合孔缝箱体的屏蔽效能分析。基于CST仿真数据,在0~1.5 GHz频域内,对Robinson、Parisa Dehkhoda和EMT算法结果进行对比分析。仿真结果表明,EMT算法的最小误差均值为3.227 2 dB,最大误差均值为5.467 5dB,其计算精度较高。EMT算法的运行时间是CST仿真软件的1/23,比Robinson、Parisa Dehkhoda算法的运行时间长,但仍保持了较高的计算效率。该算法建立了箱体、孔逢参数与屏蔽系数间的直接映射关系,比CST仿真软件更适用于工程实践。     

瞬态电磁场对屏蔽电缆的耦合机理

为了研究瞬态电磁场对屏蔽电缆的耦合机理,提出了区域分解时域有限差分法。基于法拉第定律的积分形式推导出了圆柱坐标系下三角形网格内磁场分量的FDTD差分方程,获得了屏蔽电缆不同截面上电磁场分布和屏蔽层上电流密度分布的规律。初步研究表明快速瞬态电磁场难以透过电缆屏蔽层耦合电缆芯线,缝隙耦合可能是瞬态电磁场耦合电缆的主要途径。     

静电放电电磁脉冲辐射场数值建模与仿真

针对静电放电(ESD)电磁脉冲测试及其防护这一静电研究领域的难点问题,利用时域有限差分法并采用电偶极子辐射模式建立了ESD电磁脉冲辐射场的数值模型。在分析了拟合IEC 61000—4—2标准规定的ESD电流波形的5种数值模型后,根据t=0时刻电流值和电流导数为0的ESD电流要求,选择脉冲3项式作为ESD电流表达式进行仿真计算。采用4 kV放电电压作为脉冲源,通过仿真计算得出相对辐射源3个位置处的电磁场分量Ex和Hx。计算结果表明,ESD电磁脉冲辐射场在自由空间的时域特点是脉冲具有极快上升沿、幅度变化剧烈且衰减较快。仿真结果为ESD电磁脉冲测试及其防护提供理论支撑。     

基于粒子群算法与模拟退火算法的一种混合配电网重构算法

本文首先对配电网重构的意义,研究现状以及当下的几种方法等方面进行分析,并且对比了几种主要重构方法的优缺点。然后,介绍亚启发式算法中的粒子群算法与模拟退火算法,并将二者有效地进行融合互补,形成一种新的混合算法。此方法利用粒子群算法快速局部搜索能力和模拟退火算法全局收敛的优点,使其既能以较大的概率跳出局部的极值点,又能提高收敛速度。最后,将这种混合算法应用于配电网重构中,介绍了配电网的简化分析方法,并阐述了配电网的粒子群初始化、参数设置、编码规则等内容,并通过IEEE33节点和69节点系统基于MATLAB平台的仿真,验证算法的可行性和优越性。     

冲击电场作用下屏蔽体屏蔽效能实验研究

电磁屏蔽体对电力系统二次设备的冲击电场防护作用明显,其屏蔽效能的实验研究对保护小室、机箱等屏蔽体设计有指导意义。为此,搭建了一套基于光电电场传感器的冲击电场作用下屏蔽体屏蔽效能实验研究系统;比较了不同材料屏蔽体的屏蔽效能,研究了网格尺寸对金属网格屏蔽体屏蔽效能的影响;对比了不同频率下金属网格屏蔽体的屏蔽效能差异,研究了接地电阻对金属网屏蔽体屏蔽效能的影响。研究表明:金属材料屏蔽体的屏蔽效能较好;金属网格尺寸10 cm的屏蔽体可获得20 dB的屏蔽性能;操作波和雷电波作用下的屏蔽效能基本相同,前者略大于后者;减小接地电阻可有效提高金属屏蔽体的屏蔽效能。     

基于FDTD法的连接器电磁屏蔽性的研究

基于FDTD法模拟研究了连接器的接线孔数目、大小对外壳屏蔽性的影响。结果显示,孔的总面积一定时,每侧采用双孔接线比通常单孔时的屏蔽性能更好。进入腔体内的电磁波发生谐振,谐振频率由腔体的内部结构决定,与表面上的孔无关。     

复合材料工频电场和工频磁场屏蔽效能实验研究

为了得到复合材料对工频电场和工频磁场的屏蔽效能,根据屏蔽室法测量材料屏蔽效能的原理,分别提出了工频电场和工频磁场屏蔽效能测试系统的实验方案。并且,通过分析调整实验配置对实验结果的影响,提出改进方案,进一步完善了该测试系统。通过实验得到了屏蔽室内部和外部的电场分布情况,实验结果可以用于指导被保护电子器件在屏蔽体内安放位置和屏蔽体的设计。     

屏蔽壳体上的"导线驱动孔径"电磁泄漏现象研究

采用有限元法,分析了在屏蔽壳体上的孔径中穿入导线时对电磁泄漏的影响情况,并给出了实测数据、等效电路模型和物理解释。与一般的孔缝泄漏情况不同,当孔径中央有导线穿过时,电磁能量泄漏现象显著增强。即使穿人的导线总长度相同,导线向屏蔽壳体内部延伸越多则泄漏越严重。若孔径中穿人的导线与壳体相接触则电磁泄漏现象比较复杂。孔径中穿人导线以后,其泄漏效果仿佛是向孔径中加入了一个泄漏驱动源,因此称为“导线驱动孔径”。     

应用伽辽金边界元法的直流换流站屏蔽罩表面场强计算

直流换流站阀塔的三维电场计算对阀塔屏蔽罩设计与表面场强控制具有重要的指导作用;但由于阀塔屏蔽罩体积庞大、结构复杂,其几何建模与数值仿真都存在相当的难度。为节省计算资源,首先应用ANSYS参数化设计语言(APDL)建立阀塔的整体剖分模型,然后采用伽辽金曲面间接边界元法对屏蔽罩表面场强进行分析,计算阀塔屏蔽罩表面的三维电场分布。计算结果表明:在当前设计方案下,屏蔽罩表面最大场强为20.2 kV/cm,以30 kV/cm作为起晕场强判据,屏蔽罩无起晕现象。该数据为换流站阀塔屏蔽罩的设计规划提供了参考依据。     

贯通导体耦合对金属腔体屏蔽效能的影响

为研究外部电磁能量通过贯通导体耦合对腔体内部屏蔽效能的影响,利用电磁仿真软件FEKO,从频域角度对腔体内部场进行了仿真研究,利用矢量网络分析仪、功率放大器、GTEM室和全向电场探头搭建实验系统进行了验证,并通过建立含贯通导体金属腔体电路模型进行了谐振频率定性分析。结果表明:仿真和实验的结果具有一致性;当加入贯通导体后,腔体的屏蔽效能减小,谐振频率降低。腔体屏蔽效能随着贯通导体数量的增多而减小,随着电场极化方向与贯通导体夹角增大而减小,在腔体谐振频率以下随着监测点到贯通导体位置增大3倍,屏蔽效能提高20 dB。屏蔽效能的谐振频点受贯通导体长度影响较大,随着贯通导体数量增多而减小,不随电场极化方向和监测点位置变化而改变。为了改善含贯通导体金属腔体的屏蔽效能,应注意引入贯通导体后产生的新谐振频点,以及在这些频点上的屏蔽效能极小值,敏感电路应远离贯通导体放置。     

基于有限元与有限体积法的直流输电线路合成电场计算方法

高压直流输电线路发生电晕放电时,周围空间会充满带电离子,从而使空间电场显著增强.为了准确计算地面合成电场,基于有限元和有限体积法提出一种计算直流输电线路合成电场的混合方法.为了验证该文算法的有效性,在实验室搭建了单极性、双极性导线以及分裂导线的实验模型,并进行了大量合成电场测试.同时,与已有算法的计算结果进行了对比.实验验证和算法间对比均表明,该方法具有较好的精度.采用所提出的方法对±800kV直流输电线路的地面合成电场进行了预测.     

特高压直流输电线路屏蔽环三维有限元电场计算方法与策略

论述了大空间中计算小电极表面电场强度的方法;阐述了计算结果绝对数值的低准确性与不可靠性,及获得相对结果的必要性与工程实用性;给出了一种"新""旧"结构场强比较策略,以利用电场数值计算提供有价值的实用结果,解决实际工程问题。针对特高压直流输电试验线路电压等级提升需要,采用获得相对结果的策略,利用ANSYS软件与边界条件修正方法,对管母线和耐张塔处屏蔽环的电场进行计算,给出了可以满足电压提升要求的屏蔽环结构。     

频率搅拌嵌套混响室法箱体屏蔽效能计算与测试

为实现对小尺寸箱体电磁屏蔽效能的测试,对嵌套混响室法在频率搅拌方式下的测试原理进行了分析,并从散射参数的定义出发,推导了屏蔽效能的计算方法。根据该方法,在某大型混响室内构建测试系统,利用喇叭天线与制作的单极子天线,对体积为1 m×0.8 m×0.7 m的箱体屏蔽效能进行了测试。测得的S21参数证明了频率搅拌调节场分布的有效性,而S22参数验证了混响室内测得的天线反射系数要高于其实际真值。进一步数据处理表明:屏蔽效能测试结果与天线位置的选取无关,利用改进后的屏蔽效能计算式可有效消除天线类型对测试结果的影响,这将大大提高测试的可重复性。