同塔交直流输电线路混合电场研究

高压交流与高压直流输电线路同杆塔架设能够有效缓解输电走廊紧缺问题。同塔交直流线路产生的混合电场的复杂性及其预测的困难性,成为制约该种线路设计和发展的关键因素。考虑了交流导线电晕放电和直流导线电晕放电之间的相互影响,基于上流有限元法,提出了种交直流线路同塔架设时混合电场的时域计算方法,通过试验线段的实验验证了算法的有效性;对不同等级交流电压情况下地面电场和离子流密度进行了计算,计算结果表明,交流线路对直流合成电场有明显的"屏蔽作用",且交流电压越高,地面电场直流分量和离子流密度越小;同时对空间电荷的运动轨迹进行了模拟,得到了交流电场对直流离子流场的作用机制,交流导线对空间电荷的吸引是导致地面电场直流分量和离子流密度减小的重要原因。     

雷电先导下行过程特高压直流线路电晕向流注放电转化的仿真研究

为了定量研究雷暴过程中电晕空间电荷对特高压直流输电线路后续流注放电起始的影响,基于带通量限制器的2阶有限体积方法和Kaptzov假设,建立雷暴过程中特高压直流输电线路电晕空间电荷分布的数值仿真模型。通过开展动态电场下水平导线电晕放电电流的实测与仿真对比研究,验证了模型的准确性。计算分析典型±1100kV特高压直流输电线路雷暴过程中导地线电晕电流时域波形和电晕空间电荷分布特征。得出下行先导趋近过程会显著增加导、地线表面附近约0.5m范围内正离子密度,并使导、地线电晕电流最大值较雷云电场作用时增加6～7个数量级。随着地线表面附近正离子密度增加,电场最大值从地线表面向导线附近空间移动,而导致后续流注产生。所作研究工作可为后续研究电晕空间电荷对特高压直流线路雷电绕击特性的影响奠定基础。     

直流输电线路电晕损失数值计算方法

高压直流输电线路电晕损失的计算由于线路周围空间电荷的存在而较为复杂。在直流输电线路设计中,只能依赖各种经验公式对线路电晕损失进行估计,方法的普适性较差。为此,以直流输电线路离子流场数值计算为基础,分析了采用Shockley-Ramo法则、沿导线闭合曲线积分以及沿计算边界积分等3种方式计算导线电晕电流的合理性。结果显示,从计算结果与测量结果的一致性看,Shockley-Ramo法和沿导线闭合曲线积分法与沿计算边界积分法相比均较好,但考虑Shockley-Ramo法则利用所有的空间电荷来计算电晕电流,而沿导线闭合曲线积分方法仅利用导线附近的电荷,因此Shockley-Ramo法则具有更好的通用性。该方法能够快速、稳定、准确地计算高压直流输电线路的电晕损失,为直流输电线路设计提供参考。     

直流负极性下雨滴对导线电晕特性的影响

高压直流输电线路电晕会带来严重的电磁环境问题.导线电晕已经成为影响特高压直流输电线路结构和建设费用的决定性因素.随中国电网的不断发展,特高压直流输电线路电晕问题开始受到人们的关注.在降雨过程中,导线表面会形成大量的雨滴,雨滴的存在严重影响导线的电晕特性.为了研究大气条件对直流输电线路电晕特性的影响,笔者利用电晕笼,研究...     

计算高压直流线路地面电场和电晕损耗的简单方法

提出一种计算高压直流输电线路地面电场和电晕损耗的简单方法.从电晕建立的过程确定空间电荷.电晕情况下,认为导线对地电压由导线上电荷产生的电压和空间电荷产生的电压两部分构成.当导线电压超过起晕电压时,令一定量的电荷从导线表面发射到空间,并在电场作用下背离导线,当超出一定范围后即认为电荷消失.考虑空间电荷重新计算导线电压,并每隔一段时间重复上述行为,直到导线每次发射的电荷不变、电晕达到稳定状态时停止计算.通过对比分析,验证了所提方法的正确性.     

导线污秽对高压直流输电线路电晕特性的影响

高压直流架空线路导线表面附着的污秽物质会影响线路的电晕特性,而目前我国采用的线路电晕对环境影响的经验公式只考虑了导线表面场强和线路结构,为此利用1.6 m×1.6 m小电晕笼进行直流线路导线涂污实验,导线外径2.4 cm,使用3种成分的状态的干燥涂污。实验结果表明,在±500 kV高压直流线路表面场强附近,污秽物质使得离子电流和正极性导线可听噪声显著增加。导线电晕特性与污秽物质的成分密切相关,且有明显的极性效应。结合电晕图像和电晕脉冲测量数据,解释了涂污导线电晕特性变化的原因,并对下一阶段的研究工作予以展望。     

电晕笼交流单根导线电晕损失的计算分析

电晕损失是导线电晕特性研究的重要内容之一。为了建立电晕笼内导线电晕损失的计算模型,将模拟电荷法应用于电晕笼内导线电晕损失计算。采用线电荷模拟交流导线,对正方型截面笼壁分别作镜像处理。当导线模拟电荷量超过起晕电荷量时,分别计算导线上每个模拟电荷点向空间发射的电荷量。考虑空间电荷的影响,计算电晕笼空间的合成电场。仿真模拟电荷发射、迁移、复合过程,计算电晕笼中空间电荷运动,计算迁移过程中电荷运动产生的能量损失。进行电晕笼单根光滑导线、单根钢芯铝绞线LGJ—300/40、单根钢芯铝绞线LGJ—400/35电晕损失测量试验。仿真结果与试验结果对比,结果基本一致。因此采用模拟电荷法能够较好地建立电晕笼内单根导线电晕损失的计算模型。     

特高压直流导线在单双极电晕笼中的可听噪声测量与分析

利用国家电网公司特高压直流试验基地直流电晕笼,对特高压直流导线在正极、负极、正负双极电晕笼中的可听噪声测量方法进行了研究。对单双极电晕笼内直流导线的表面电场进行了有限元仿真计算。计算结果表明,若施加相同等级的电压,单双极电晕笼中直流导线表面的平均最大标称电场相对差值在0.4%之内,采用单、双极电晕笼试验对导线表面场强的影响可以忽略不计。对单双极电晕笼中的特高压直流正极、负极、正负双极导线的可听噪声进行了全电压测量与分析。结果表明,对于我国现有的直流线路来说,利用正单极电晕笼代替正负双极电晕笼进行可听噪声试验是可行的。     

污秽条件下±800kV直流输电线路电晕特性

±800 kV特高压直流输电线路起晕特性是影响其线路结构和建设费用的重要因素。起晕特性与导线表面状态相关,而直流电压下导线表面更容易积污,更严重影响输电线路的电晕特性。为了深入研究特高压直流输电线路污秽电晕问题,利用电晕笼研究了导线表面分别附有不同表面密度的模拟污秽和碳粉时的起晕特性并分析了污秽对±800 kV特高压直流输电线路电晕特性的影响。结果表明:当导线表面分别附有模拟污秽和碳粉时,在实际特高压直流输电线路表面场强附近,随污秽度的增加,电晕电流的增加趋势不同。起晕电压随污秽度的增加呈负指数下降,有饱和趋势,其中碳粉污秽对负极性电晕起始电压影响最大。根据实验结论和仿真研究,初步得出了±800 kV特高压直流输电线路导线电晕起始电压与表面污秽度之间的函数关系。     

特高压电晕笼防护段的设计

为了克服特高压电晕笼设计中电晕笼两端部的电场畸变,确保电晕特性测试准确有效,需要增设一定长度的防护段。采用三维有限元方法精细计算了电晕笼内导线表面电场分布,分析了导线弧垂对防护段长度的影响并提出了新颖的电晕笼防护段设计方法。计算说明新型结构的防护段能有效平滑和抑制电晕笼端部附近导线表面电场的畸变,使电晕笼内导线表面电场更趋于一致,提高了电晕特性试验的准确性。     

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。     

Modeling of Corona Characteristics in a Wire-Duct Precipitator Using the Charge Simulation Technique

The charge simulation technique has been adapted to model the electrostatic and the corona characteristics in clean air of a duct-type electrostatic precipitator. The study involves the evaluation of the electric potential, electric field, and charge density in the interelectrode space as a function of corona current. The results show good agreement with published experimental data. The method developed can be applied to other geometries in the presence of space charge. The commonly used assumption that the space charge affects the magnitude but not the direction of the electric field is shown to be inadequate for large values of corona current. Also, the effect of using different values for the mobility of negative ions is presented.     

Positive DC Coronas with Arbitrary Outer-Conductor Geometries

The two-dimensional Poisson's equation for a positive dc corona in air with arbitrarily-shaped boundaries-is solved using numerical methods. Solutions to the problem give the potential, electric field, space charge density, ion trajectories, and current density for all points in the field of interest, and the corona current flowing to any boundary. Good agreement is obtained between the theory and experimental measurements.     

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。     

特高压直流输电线下的直流离子流电场

针对特高压直流输电导线发生电晕的情况,采取测量试验来探究直流导线产生电晕以后导线下方的离子流对地面电场的影响。通过试验,得出直流导线产生电晕以后导线下方的合成场强、标称场强、空间电荷场强分别与导线电位成线性关系,正、负极导线放电电晕情况有差异以及标称场强在合成场强中的比重随高度变化而改变等。     

特高压复合绝缘子电场计算及基于神经网络遗传算法的均压环结构优化设计

为了满足超/特高压大容量输电技术的发展需求,研究复合绝缘子的电场分布,寻找合理的电场优化措施已成为影响输电线路安全运行的关键因素。利用有限元法(FEM)建立了工程实际应用情况下特高压(UHV)交流输电线路复合绝缘子的单串、双串和V串电场计算模型,在考虑横担、分裂导线和均压环及其金具连接情况下,对复合绝缘子的电位和沿面电场分布进行了计算。针对特高压复合绝缘子电位分布极不均匀,且最大沿面电场强度大大超过电晕起始场强的情况,分析了不同的均压环配合方式对复合绝缘子沿面电场分布的影响。针对单串绝缘子下的计算结果,引入神经网络遗传算法(BP-GA),对均压环的结构参数进行了优化设计,利用BP神经网络的高度非线性映射能力直接计算遗传算法的适应度函数值,解决了穷举法计算时间冗长的问题。计算结果表明:加装均压环能够大大降低最大沿面电场强度,明显改善复合绝缘子沿面电位和电场的分布;通过遗传算法优化后的均压环结构参数,能使均压环表面场强和绝缘子沿面场强均小于电晕起始场强,为特高压绝缘子均压环的选取提供了一种可靠、实用的设计方法,可为我国特高压输电线路外绝缘优化设计提供新的参考。     

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。     

交流电场强度对导线雾凇覆冰特性的影响

输电线路覆冰严重威胁着电力系统的安全,国内外对导线覆冰开展了大量研究,但绝大部分研究都没有考虑电场对覆冰特性的影响,这与工程实际情况不相符。在人工气候室内对导线进行带电覆冰,测取了覆冰量和覆冰密度,并通过Q–V法测得了覆冰过程中导线的电晕放电量。为了解释电场对覆冰的影响机制,对交流电晕下水珠的荷电和所受库仑力进行了计算。试验结果表明:试验条件下,覆冰量和覆冰密度随交流场强增加均有先增大后减小的趋势。计算结果表明;电场将对水滴施加电吸力,导致在电晕出现之前或电晕较弱时覆冰量、覆冰密度增加;电晕较强时,空间电荷浓度增加,水滴荷电后所受库仑力起排斥作用,这可能是强电场下导线覆冰量和覆冰密度降低的原因。     

同轴电极下非线性绝缘介质阶跃响应仿真分析

为了验证非线性绝缘材料在非均匀电极结构下均化电场分布的内在机理,以典型非均匀电极结构(同轴电极)下填充电导率为非线性的绝缘介质所构成的绝缘结构为研究对象,采用有限元软件ElecNet仿真分析了不同幅值阶跃电压作用下非线性绝缘介质中瞬态响应的空间分布,得到的非线性绝缘介质内部空间电荷的分布揭露了非线性绝缘介质能自行均化电场的根本原因是空间电荷效应。稳态电场的计算结果表明:阶跃电压幅值越高,绝缘介质非线性程度越高,电场改善的程度越好。