基于线-面模型的边界元法计算特高压交流变电站设备附近工频电场

针对特高压变电站设备附近工频电场的复杂性,提出了模拟导线、均压环等线状结构的计算模型,推导了形成系数矩阵时线单元奇异积分公式.将线计算模型引入边界元法,与传统的面模型相结合共同模拟变电站各种复杂设备,并采用线、面单元对模型进行剖分,提高了计算效率.计算了荆门1000kV特高压变电站高压并联电抗器附近的工频电场分布,通过...     

分域迭代法计算特高压线路绝缘子电场分布

为提高计算精度针对特高压输电线路中杆塔—导线—绝缘子这种包含复杂局部结构的无界电场问题提出了一种电场分域迭代计算方法,即将分域和迭代计算的思想引入有限元电场模型的计算中。利用分域思想将结构复杂的绝缘子及其表面空间作为细剖分区域,杆塔、导线及外部空间部分作为辅助计算区域,对细剖分区域和辅助计算区域进行迭代计算得到最终的电场分布。这种方法克服了大型有限元模型剖分难度大以及计算时间长的缺点,且具有更高的计算精度。对800kV复合绝缘子电场分布的计算表明,绝缘子伞裙结构影响其表面电场分布,伞裙表面的电场比其附近杆部表面的电场高50%～60%。     

模拟电荷法计算特高压架空线路3维工频电场

为研究杆塔及导线弧垂对架空线路周围工频电场分布的影响,并检验2维计算模型的合理性与适用性,首先基于模拟电荷法建立考虑杆塔及导线弧垂的3维架空线路工频电场计算模型(它以线电荷单元为模拟电荷布置在各导线和杆塔铁棒轴线上,解析计算线电荷单元的电位系数,并叠加得到总体电位系数矩阵,从而可解得各节点的线电荷),然后据此计算了特高压线路相导线表面及地面上1m高平面内的3维工频电场。结果表明,地面上1m处平面内场强分布受弧垂影响很大,3维模型比2维模型更全面、准确地反映了这种不均匀分布状况;各相导线表面场强最大值在杆塔附近均有微弱变化,但并不显著;地面上1m处场强在杆塔附近增大,但在远离杆塔的区域基本不受杆塔影响。     

特高压六相输电线路工频电场强度计算

为研究特高压六相输电线路表面电场和空间电场的特性,参考特高压同塔双回输电线路杆塔结构,计算设计特高压六相输电系统杆塔典型尺寸并选取分裂导线型号。在此基础上,考虑分裂导线中各子导线间的相互影响,计算特高压六相输电导线表面最大场强和线路下距地面1 m处的空间电场分布,并将计算值与相应电压等级的同塔双回线路进行比较,结果表明特高压六相输电导线表面场强和线路下距地面1 m处的空间电场均优于同塔双回线路。故特高压六相输电线路具有更好的环保性能。     

架空线路分裂导线表面电位梯度的数值计算

用有限元法计算架空输电线路的电场可准确求得其导体表面的电位梯度。该法适于各类塔型和导线布置,克服了目前手册方法的不足。通过计算发现:分裂导体表面电位梯度随导体半径的增大而增大,随分裂间距的 增大而略有增大,随相间距离的增大而减小,当导线高度增加时,B、C相导体表面电位梯度减小而A相增大。     

分裂导线表面电场强度的径向基函数计算

利用径向基函数法探讨分裂导线附近电场的分布情况,克服了传统方法在计算分裂导线表面电场时不能很好反映分裂导线中每根子导线表面电场的大小和分布。考虑电晕放电取决于导线表面电场强度的大小,建立了采用RBF方法求解分裂导线附近电场最大值分布的计算模型。计算表明RBF方法能够更精确地反映不同位置的分裂子导线表面电场的差异;同时比较了导线附近不同范围内的电位分布情况,指明在相导线附近较小区域内,其他相导线对其电位分布的影响较小;因此考虑电晕影响时,可认为三相导线与单相导线的起晕电压值相同。     

特高压交流输电线路分裂导线表面电场计算分析

为研究特高压交流输电线路分裂导线表面电场强度,笔者基于偶极子法,计算了4种典型塔型特高压交流输电线路分裂导线表面电场强度,进而分析讨论了导线对地平均高度、导线布置方式、分裂间距、相间距、分裂数、子导线截面、相序、架设屏蔽线等因素对分裂导线表面电场强度影响的规律和特点。结果表明:分裂导线各子导线由于空间位置不同使得其表面最大电场也不同;分裂导线分裂数、截面对导线表面最大电场的影响最大,导线对地平均高度、分裂间距、相间距离及布置方式对其表面最大电场强度的影响相对较小;双回线路相序排列方式对上、下相分裂导线表面电场强度影响较大,对中相导线表面电场影响相对较小;架设屏蔽线会增大分裂导线表面电场强度。     

架空输电导线表面电场的计算方法和分布规律

研究特高压直流输电线路采用型线时导线表面电场的计算方法和分布规律,有助于提高该种线路经济效益并改善其电磁环境。根据型线的圆弧形表面特征,提出了一种计算其表面电场的方法,对该方法的有效性进行了验证。计算结果表明:型线的最大表面电场强度位于其外层铝线表面大圆弧和小圆弧的相交点附近且稍微偏向小圆弧一侧;型线的最大表面电场强度约为同外径圆绞线的0.88倍、光滑导线的1.23倍,且这2个数值基本不受导线半径、外层铝线数和导线分裂数的影响。根据计算和分析结果可认为:相对于圆绞线,同等条件下的型线最大表面电场强度较小,表面相对光滑,采用型线时特高压直流输电线路的电磁环境水平较优。     

特高压直流线路可听噪声的边界元方法

基于边界元原理建立了特高压直流输电线路导线表面最大电场计算方法,利用广义极小残值法求解边界元形成的稠密非对称方程组直接获得导线表面最大电场,结合美国邦纳维尔电力局经验公式进行特高压直流线路可听噪声的精度验证和影响因素特性分析。计算结果表明,基于边界元法的可听噪声计算与现场测量值的最大相对误差5.0%,其计算精度明显大于基于有限元法和马克特一门格尔法的可听噪声计算结果;避雷线参数变化对可听噪声的影响极小;导线半径,导线分裂数或双极导线间距的增加,可听噪声分布都呈逐渐变小的趋势;然而导线对地距离或导线分裂间距增大,可听噪声呈先衰减后增大的趋势。     

特高压交流变电站设备附近工频电场计算

为了系统研究特高压交流变电站电磁环境建模方法和预测计算,针对特高压交流变电站设备附近电场的复杂性,提出了基于边界元原理的线模型和面模型相结合的3维工频电场计算方法,建立了基于边界元法的导线仿真模型,并推导了线模型的计算公式。将线模型引入边界元法与面模型结合共同模拟结构复杂的电气设备,通过计算设备的表面电荷和导线的等效电荷得出设备周围的空间电场分布;分析计算了国内晋东南1000 kV特高压交流变电站高压并联电抗器附近离地1.5 m平面上的工频电场分布。计算结果表明,线模型大大提高了计算的效率。通过与现场测量数据的比较,证实了该算法的有效性。     

特高压输电线路工频电场的仿真研究

针对特高压输电线路分裂导线等效半径较大的特点,在建立特高压输电线路分裂导线模型的基础之上,基于边界元法对单回平行排列、同塔双回、紧凑型及单回酒杯塔型4种不同的输电线路分裂导线表面及线下距地1 m处的工频电场进行了计算。结果表明,针对我国复杂的地理条件可以采用不同的导线分布模式,其中紧凑型输电方式不仅可以改善线路下电磁环境,而且还可大幅减少输电走廊的宽度。     

超高压输电线路铁塔附近地面工频电场仿真分析

根据铁塔实际结构和导线抛物线方程,建立了铁塔附近三维电场计算模型.基于模拟电荷法分析了500 kV输电线路铁塔周围地面上的工频电场分布,分析了铁塔对其附近电场环境的影响,并讨论了影响电场计算结果的因素.研究结果表明:铁塔对其附近地面电场有一定屏蔽作用,电场强度在铁塔下方显著降低且在金属构架处产生畸变;铁塔的影响范围和铁塔高度及塔基尺寸有关;铁塔构架等效半径、线单元剖分段数以及铁塔不同简化模型都会影响计算结果.     

特高压变电站变压器出线电场计算研究

应用边界元法对特高压变电站变压器出线附近电场以及管状导线、分裂导线、屏蔽环、均压环的表面电场进行建模与分析,从而验证了设计方案的可行性.     

绝缘护套包覆对500 kV输电线路导线与杆塔间空气间隙击穿特性的影响

为有效解决输电线路风偏放电问题,对输电线路及金具进行绝缘包覆以提高放电击穿电压,仿真和试验研究了绝缘护套包覆对500 kV输电线路模拟杆塔中导线与塔身间空气间隙击穿特性的影响.试验过程中,对单导线及4分裂导线分别施加1 min1.1倍工频相电压(318 kV),通过改变导线与杆塔间距研究不同间距下的耐压情况.仿真结果表明,导线包覆绝缘护套后,其表面最大场强随间距增大而降低:裸导线空气间隙击穿电压与间隙距离呈线性关系;单导线包覆绝缘护套后可缩短13.6％的间隙距离,4分裂导线包覆绝缘护套可缩短9.3％的间隙距离;击穿点均位于绝缘盒连接处,其原因是此处以室温硫化硅橡胶填补缝隙密封时施工密封不严.绝缘护套包覆导线及金具措施可有效提高输电线路导线与杆塔间空气间隙击穿特性,但应严格控制施工工艺以提高实际效果.     

同塔并架多回输电线无线电干扰分析

针对同塔并架多回输电线路的特点 ,讨论了导线相序排列对导线表面场强的影响。并比较四回输电线路三种杆塔的合理选择 ,计算了典型排列方式导体表面场强及同塔并架多回线无线电干扰 ,结果表明各相导线的逆序排列可改善线路两面的干扰状况 ,节省土地资源     

750kV/330kV混压同塔四回输电线路电磁环境研究

为了有效研究750kV/330kV混压同塔四回输电线路电磁环境,文中采用模拟电荷法计算同塔四回混压输电线路导线下的工频电场,采用毕奥—萨瓦定律计算磁场数值,并采用激发函数法进行了无线电干扰的计算,同时运用BPA公式进行了可听噪声的计算。针对同塔四回混压输电线路不同导线相序布置、不同分裂间距、不同杆塔呼称高进行了系统的研究。结果表明:A、B型塔采用A6和B6相序布置可以有效改善线路下方电磁环境;导线分裂间距对电场、磁感应强度影响较小;电场、磁感应强度、无线电干扰和可听噪声随着杆塔呼称高增加而降低,其中电场、磁感应强度和无线电干扰减幅较大,可听噪声减幅较小。依据相应的电磁环境控制指标,获得了满足电磁环境要求的杆塔呼称高度。     

1000 kV级交流特高压输电线路导线最小对地距离研究

导线最小对地距离的取值是特高压输电线路设计过程中需要考虑的关键因素之一。通过总结国外特高压输电线路的相关研究成果,结合我国超高压输电线路的设计经验,提出了把"最大地面电场强度限值"作为我国交流特高压线路导线最小对地距离的选取原则。基于逐步镜像法建立了特高压架空线下空间电场的数学模型,并按照不同区域地面电场控制指标的要求,通过计算确定了1000 kV级交流特高压单回和同塔双回输电线路导线在相应区域下的最小对地距离。研究了线路运行电压、相间距离、分裂导线结构、导体布置形式和双回路相序布置方式等因素对导线最小对地距离取值的影响规律。     

特高压输电线路分裂导线表面电场特性分析

特高压输电线路能减小走廊面积,有效提高单位输电线路走廊宽度的输电容量,从而提高输电线路的经济效益。特高压输电线路常采用多分裂导线,导线表面电场强度的计算精确度直接影响导线的合理选型和布置。为此,以有限元法为理论基础,以COMSOL Multiphysics软件为仿真工具,以1000 kV特高压交流输电线路为研究对象,建立典型特高压交流输电线路的二维静电场仿真模型,研究分析分裂导线在水平排列、同塔双回、正三角对称、倒三角紧凑型对称布置方式下周围空间电场的分布,以及地面是否水平、是否有杆塔等因素对电场分布的影响。分析结果可以为特高压交流输电线路的设计提供一定的参考。     

UHVAC同塔双回输电线路表面场强分析

为了研究特高压同塔双回输电线路分裂导线表面电场分布,本文基于改进的模拟电荷法,通过多步寻优找到模拟电荷在对应子导线内的最佳位置并建模,然后编程计算出分裂导线表面场强。利用该方法计算了浙江-上海段特高压交流输电线路分裂导线的表面场强,并研究了分裂数、子导线半径等对其影响。计算结果表明,本文方法与传统模拟电荷法相比更为准确,可将电位误差控制在0.05%以内;计算得该线路表面最大场强为1 783.5 kV/m,小于晴天和云雾条件下的起晕场强,但大于雨天条件下的起晕场强;适当增加导线分裂数或增加分裂导线的子导线半径,可明显降低导线表面最大场强。     

直升机巡视750 kV同塔双回交流输电线路的安全作业距离研究

安全距离的确定是直升机巡线时作业人员和设备安全的有效保证。文中以某750 kV同塔双回输电线路为研究对象,利用Ansoft软件建立了直升机巡线模型,计算分析了无直升机、直升机在档距中央和直升机在杆塔附近3种工况下导线或直升机周围的电场、电势分布。计算结果表明:输电线路周围空间同一位置处的电场、电势随着电角度的增大近似余弦规律变化;随着直升机—导线间距的增大,直升机周围的电场、电势呈指数规律衰减;平行线路飞行方式下,直升机在档距中央巡线的最小安全距离为23 m左右,直升机在杆塔附近巡线的最小安全距离为13 m左右。