基于无线传感器网络的特高压直流输电线路合成电场智能监测系统研究

特高压直流输电线路的地面合成电场是评价电磁环境的重要参数,因其受环境气候等因素影响而随机变化,在对其研究和评价时需进行长时间测量。为此利用无线传感器网络灵活度高、移动性强的优势,结合多智能体技术研制了合成电场智能监测系统。系统中各节点智能体根据监测电场强弱和剩余能量控制自身状态的转换,同时与系统中其他节点智能体交互信息来动态成簇,自组织地通过协作共同完成监测任务。针对系统中基于多智能体的自组织机制进行了能耗分析。最后将合成电场智能监测系统应用于工程实测,验证了该智能系统的可行性和自组织机制在节能方面的有效性。     

复杂环境下地面合成电场测量系统的研究

地面合成电场是评价特高压直流输电线路下电磁环境的重要参数之一,因而受到人们广泛关注。研究了一种基于Zigbee技术的特高压直流输电线路下地面合成电场测量系统,并且重点研究了复杂环境下该系统的网络拓扑和性能。实验结果表明,该系统能在复杂环境下正常工作,且操作简单、稳定性好。     

基于上流有限元法对高压直流输电线路下合成电场的研究

高压直流输电线路产生的地面合成电场和离子流密度是设计和建设输电线路时应考虑的2个主要电磁环境指标。为预测高压直流输电线路的电磁环境问题,基于上流有限元法开发了相应的分析预测软件。同轴圆柱结构的解析解和实验线路的测量数据验证了该方法的有效性。最后,分析了双极线路情况下线路高度、极间距和表面状况以及单极情况下风速对地面合成场强和离子流密度的影响,这些结果对设计高压直流输电线路具有一定的指导意义。     

直流线路邻近建筑物时合成电场的计算方法

基于Deutsch假设的计算方法已被广泛应用于直流线路附近不存在建筑物时合成电场的计算。然而由于建筑物的存在会畸变直流线路产生的合成电场,因此有必要研究基于Deutsch假设的计算方法是否仍然适用。在Deutsch假设的基础上,提出了一种直流线路附近存在建筑物时合成电场的计算方法。采用优化模拟电荷法计算直流线路附近存在建筑物时的标称电场,基于Deutsch假设计算建筑物周围的合成电场,针对直流模拟试验线段,对其附近放置房屋模型时的地面及房屋模型顶部的合成电场进行计算和测试。结果表明,采用所提方法获得的地面及房屋模型顶部的合成电场及其分布规律与测量结果基本吻合,表明基于Deutsch假设的计算方法仍然适用。所提计算方法可以用于直流线路附近存在各种建筑物时合成电场的计算。     

基于RSSI技术提高直流线路电场测量无线网络节点定位精度的算法

在基于无线传感器网络的直流线路合成电场测量系统中,传感器节点位置的自动获取可以有效地减少测量工作量,提高测试效率。传统的接收信号强度(received signal strength indicator,RSSI)定位方法利用经验值选取路径衰减指数,易导致定位误差较大。为提高传感器节点的定位精度,提出一种实时估计路径衰减指数的定位方法。该方法利用参考节点间距离和未知节点收到的RSSI值来实时估计路径衰减指数,并利用它来估算距离,从而减小定位误差,提高算法对不同环境的适应性。实验结果表明,在公园草坪、学校操场以及特高压直流试验基地直流试验线段电磁环境测试场3种典型的电场测量环境下,该算法的定位精度均较其他RSSI算法高。     

电压变化对两回交叉跨越直流线路地面合成电场影响的试验研究

随着中国直流输电技术的发展,高压、特高压直流线路交叉跨越的情况已频繁出现,对电磁环境的预测和控制技术提出新的挑战。为获得两回交叉跨越直流线路地面合成电场的分布特性和影响因素,亟需开展交叉跨越直流线路地面合成电场的试验研究。该文搭建4分裂导线的户外交叉跨越直流试验线段,采用阵列式布置的地面合成电场测试方式,开展导线电压变化对地面合成电场影响的试验研究,获得交叉跨越区域地面合成电场的分布特性,并总结地面合成电场随导线交叉极性、电晕程度变化的规律。研究结果可为交叉跨越直流线路合成电场的预测研究提供基础数据,为交叉跨越直流线路的设计和环境评价提供技术依据。     

直流输电线路合成电场控制指标问题分析

合成电场是高压直流输电线路的特有现象,也是直流输电线路重要的环境控制指标之一。在直流输电线路建设中,需要将其控制在合理范围内,以满足环境保护要求。为此,结合我国目前直流输电工程合成电场的环境影响评价需求以及相关标准,借鉴国际相关的研究成果,针对我国在处理交、直流线路平行架设或共用走廊时地面电场控制方法进行分析,并通过研究直流合成电场的特性,最终可以得到:静电场对人体健康不存在实质性的影响;交直流输电线路平行架设或共用走廊时,合成电场与工频电场不能加权考核。我国直流输电线路产生的直流合成电场的暂行控制指标是可行和有效的;目前针对直流输电线路并行或共用走廊时产生的工频电场和直流合成电场应分别测量评价。     

直流场强仪及用其测量离子流电场

我们先研制了一个测量直流线下地面上方空间电场的场强仪,然后研究了分裂导线单极和双极模型线路的地面电场和离子流的分布,还预测了我国500kV直流输电线路离子流电场水平。     

两回高压直流输电线路交叉跨越时地面合成电场计算

高压直流输电线路交叉跨越是我国特高压技术发展中可能出现的新问题。为了建设满足电磁环境要求的直流输电工程,应当研究相应的合成电场预测方法。由于两回直流线路相互影响,交叉跨越区域内合成电场呈复杂的三维分布。本文提出一种两回直流线路交叉跨越时地面合成电场的计算方法,该方法基于三维通量线法,采用模拟电荷法计算标称电场,利用Deutsch假设计算合成电场。通过在实验室内搭建直流导线交叉跨越试验平台,对计算方法进行验证。基于该方法,对±800k V线路跨越±500k V线路时地面合成电场的分布进行研究。与一回±500k V线路单独存在相比,±800k V线路以90°跨越±500k V线路时,地面合成电场峰值基本不变,但分布规律更为复杂。     

800kV直流线路负极悬空时的地面合成电场计算和分析

高压直流线路在实际工程中已得到广泛应用,国内外学者对该种线路的地面合成电场计算问题进行了大量研究,提出了多种数值计算方法,但对直流线路负极悬空时地面合成电场计算方法问题的讨论却很少。给出了直流线路负极悬空时导线周围标称电场及悬空导线电位的一种计算方法,对比分析了800 kV直流线路处于不同运行状态时的地面标称电场分布和导线表面电场,得到了悬空导线的电位与携带电荷量的线性关系。将上述方法与有限元方法相结合计算了负极悬空800 kV直流线路的地面合成电场,得到了悬空极导线合成电场电位的变化对该种线路地面合成电场最大值的影响规律。最后,计算结果显示负极悬空±800kV直流线路地面合成电场的最大值要小于负极接地情况下的最大值,它们的相对差别不到4%。     

基于上流有限元法的同走廊两回±800kV直流线路地面合成电场计算

为提高单位走廊输电能力,我国向家坝—上海与锦屏—苏南两回±800 kV直流线路采用同走廊架设。两回±800 kV直流线路同走廊架设在世界上无工程应用先例,需要对其地面合成电场进行研究,以满足工程设计和环境保护需求。文中提出了一种基于上流有限元法的同走廊两回直流线路地面合成电场计算方法,模拟试验线段试验结果验证了计算方法的有效性。计算和试验结果都表明:不同的极导线布置方案不会显著影响地面最大合成电场的大小,但会影响其分布位置;同走廊两回直流线路地面最大合成电场的绝对值与单回直流线路的差别不大。最后对向家坝—上海与锦屏—苏南同走廊两回±800 kV直流线路的地面合成电场进行计算分析。     

极导线垂直排列直流线路地面合成电场的一种计算方法

极导线垂直排列直流线路在我国已用于实际工程，有必要研究有效方法计算该类线路的合成电场，以满足工程设计和环境保护需求。根据极导线垂直排列直流线路几何结构的特点，在Deutsch假设的基础上，提出了一种计算极导线垂直排列直流线路地面合成电场的方法。该方法还适用于极导线水平排列直流线路。通过试验和计算结果对比，对该方法进行了验证。使用该法对极导线垂直和水平排列±500kV直流线路的地面合成电场进行了计算分析。结果表明：在极导线高度和极间距分别相同的情况下，极导线垂直排列直流线路下的最大地面合成电场比极导线水平排列直流线路的略大，但极导线垂直排列直流线路的地面合成电场横向衰减较快；极导线垂直排列直流线路的走廊宽度约为极导线水平排列线路的50%。     

同塔双回高压直流线路地面合成电场的计算方法

我国计划在实际工程中采用同塔双回高压直流线路,由于该类线路在世界上无工程应用先例,需要研究其地面合成电场的有效计算方法,以满足工程设计和环境保护需求。考虑极导线对地距离不同和极导线布置方案对每一极导线起晕电压的影响及正负极导线起晕场强的差别等因素,提出一种计算同塔双回高压直流线路地面合成电场的方法。利用同塔双回直流模拟试验线段,对极导线按不同方案布置时的地面合成电场进行测试,并采用该文方法对地面合成电场进行计算。结果表明,采用该文方法计算极导线按不同方案布置时同塔双回直流线路的地面合成电场,其分布规律与实测结果基本吻合;地面最大合成电场计算值与实测结果基本一致。     

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。     

交直流同塔三回输电线路地面电场的预测分析

基于有限元和有限体积法的混合方法,合理地考虑了直流电晕放电和交流电晕放电之间的相互影响,解决了交直流同塔输电线路地面电场的分布计算问题。通过小尺寸模型的实验了验证计算方法的有效性。针对一回800kV直流输电线路和两回500 kV交流输电线路同塔架设的实际情况,计算了不同运行方式下的地面电场的直流分量、交流分量和离子流密度的分布情况。计算结果表明,由于交流输电线路的电晕放电,地面电场直流分量和离子流密度会有所降低。同时,地面交、直流电场均随线路高度的升高而降低,但是工频电场的变化程度比直流电场要大。     

向家坝—上海、锦屏—苏南±800 kV直流线路同走廊时平行接近距离和房屋拆迁范围的确定

向家坝—上海、锦屏—苏南两单回±800 kV直流线路规划沿线同走廊平行走线,在走廊狭窄地区,合理确定它们之间的平行接近距离,对减少房屋拆迁、充分利用走廊资源非常重要。文章根据±800 kV直流线路的电场分布规律,采用加权平均方法控制混合合成电场,并针对线路所经区域的不同分别进行讨论,确定了直流线路在导线取最小对地高度下的最小接近距离和房屋拆迁范围,讨论了增加导线高度对直流线路接近距离和房屋拆迁范围的影响。文中的研究可为合理选取导线高度和线路接近距离提供理论依据。     

±800 kV与±500 kV同塔双回线路不同塔型布置的电磁环境

±800 kV与±500 kV同塔混压双回直流输电线路可有效解决日益增长的电力需求和输电走廊资源紧缺的矛盾,但该输电线路目前尚无设计与运行经验,研究其塔型布置型式对线路设计至关重要。采用上流有限元等方法研究了4种基本塔型在相应导线布置方式下的电磁环境,计算了地面电场和离子流密度、可听噪声和无线电干扰以及线路最小对地距离和走廊宽度,并基于电磁环境限值要求对各塔头临界尺寸进行了对比分析。根据综合比较结果,推荐了±800 kV与±500 kV同塔双回直流线路的最优塔型布置方案,并在推荐塔型布置下研究了线路在不同运行工况下的电磁环境,可为工程实际提供参考。     

高压电力线路相位无线检测仪的设计

为了检测高压电力线路不同相间的电压相位差,设计了一种根据法拉第电磁感应定律利用限幅电路实现电力线路电压相位信号采集的新检测仪,该检测仪由两个发送装置和一个接收装置组成,发送装置将采集的电压相位信号通过ASK调制电路调制后发送到接收装置,接收装置将接收到的两路电压相位信号解调后分别送到FP-GA,从而实现高压电力线路不同相间电压的相位差和相序的采集。实践证明,该方法使高压电力线路电压的相位差和相序的检测更为方便、安全。     

基于ZigBee的智能石墨电阻率测量系统的设计

为了满足石墨制品电阻率无线检测应用的要求,在深入研究ZigBee技术的基础上,设计了一种基于ZigBee无线网络传输技术的现场石墨电阻率测量与采集系统。系统以基于MC13224的智能石墨电阻率测量仪为核心,利用ZigBee技术构建现场参数无线检测网络,通过与上位机通讯,完成石墨电阻率的测量、数据传输和存储。通过对网络性能进行测试,系统具有较高的测量精度和较为理想的通信距离,网络通信的时延短、数据传输效率高,具有很好的推广价值。