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。     

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。     

高精度上流有限元法在特高压直流输电线路离子流场计算中的应用

在对高压直流(HVDC)输电线路下的电磁环境进行预测时,地面合成场强和离子流密度的计算问题实际上是一个多维非线性问题。在对剖分单元进行处理时,为了解决传统的有限元方法、上流有限元法采取线性假设与线性插值,存在计算量大、精度差、算法效率低的问题,提出一种新的非线性空间电荷密度插值方法,从理论上推导了算法的实现过程,并基于上流有限元方法对离子电流密度方程进行迭代求解。采用该算法对现场运行的±500 k V和±800 k V输电线路离子流场进行了理论计算与现场实地测量,并将理论计算结果与实际测量结果进行了对比,结果表明:所提出的算法能在减少计算量的同时提高计算的准确度。针对风速对双极离子流场影响的研究较少的情况,研究讨论了不同风速影响下的双极离子流场问题,得到了风速对双极离子流场地面最大合成场强和离子流密度影响的规律,为新的直流输电线路的设计提供了有力的参考。     

高压直流输电线路离子流场的计算方法研究

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。为了准确计算地面离子流场,文中采用该有限元—积分法对双极离子流场的控制方程进行求解。文中在计算合成电场时采用了有限元外推法,同时还对空间电荷密度初值进行了改进。通过利用该方法对同轴圆柱模型和±400 kV的直流线路进行的比对计算,验证了该算法的有效性。同时,在实际的±500 kV直流线路上,把该算法的计算结果与已有算法的计算结果进行了对比。实际线路验证和算法间对比均表明,该方法具有较好的精度。最后,采用所提出的方法对±800 kV直流输电线路的地面合成电场和离子流密度进行了预测。     

直流离子流场的有限元迭代计算

针对高压直流输电线下方地面处电场强度及离子流密度的问题,采用有限元迭代方法求解了双极离子流场控制方程。将正负极电流连续性方程合并,减少了计算的复杂度。利用圆筒电极问题,将该文计算结果与解析解进行对比,验证了算法的有效性。将方法应用于200kV直流输电线路模型的计算,并与文献测量结果进行对比,计算结果与实测结果较符合,认为误差主要与测量环境有关。利用该文方法计算了实际±500kV直流输电线路离子流场问题,并分析了导线对地高度、极间距变化时地面电场强度和离子流密度的变化情况,结果显示,随导线高度升高和极间距减小,地面处最大电场强度和离子流密度随之减小。     

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。     

高压直流输电线下空间电荷与电场的关系研究

为了分析高压直流输电线下空间电荷与电场两个电磁环境指标之间的联系,采用Sarma法对单极直流线路下的空间电荷密度和标称场强分布进行数值计算。利用空间电荷密度测量设备,在高压直流输电线路下方进行实际测试,分析一些线路参数对空间电荷密度与标称场强分布规律的影响。结果表明:高压直流输电线路周围的空间电荷密度和标称电场具有相似的变化规律,提高导线高度能明显减小空间电荷密度和电场强度,导线极间距和分裂数的小范围变化对空间电荷密度与地面电场影响不大,大气质量是影响空间电荷密度和电场强度大小的重要因素。     

多回高压直流输电线路离子流场计算方法

提出不借助Deutsch假设求解直流离子流场特性的主要方程的新方法.此方法以迎风差分算法为基础,迭代计算至空间电荷密度至满足Kaptzov假设为止,并在迭代过程中考虑了分裂导线和地线的影响.文中用此方法对双回±500kV双极高压直流线路离子流场进行了仿真计算,结果表明,为降低地面合成电场和离子流密度,各回线路应当水平布置,并且取相同的极性排列方式.     

特高压直流输电线下合成电场分布的影响因素

为在设计特高压直流输电线路时考虑地面合成电场和离子流密度分布两个相互关联的电磁环境指标,采用上流有限元法对双极直流线路下合成场强和离子流密度分布进行数值计算。在验证其有效性之后,以云广±800kV特高压直流输电线路为算例,分析了一些线路参数对合成场强和离子流密度分布的影响规律。结果表明,提高导线高度能明显减小地面电场,极间距的小范围变化对地面电场影响不大,控制地面的电场效应须注意导线表面的状况,正负极性也会引起地面电场效应的不同变化。最后根据我国电力行业标准中对合成场强和离子流密度分布的限值给出了线路的走廊宽度建议。     

计及地电位升高的HVDC输电线路离子流场的计算

超高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路离子流场的计算对于输电线路的设计具有重要意义。然而考虑地电位升高的地面离子流场的计算却很少,为此,在Deutsch假设的基础上,为了研究计及地电位升高时HVDC输电线路产生的离子流场,将地电位升高作为第1类边界条件,应用模拟电荷法,建立了考虑地电位升高影响的HVDC输电线路下方离子流场计算模型。计算结果表明,在不计及地电位下,与可查询的文献相比,计算结果与其基本一致。计及地电位下,地面离子流密度与电场的值分别有所增大,同时分析了不同地电位升高值、导线高度及极间距下,地电位的变化对超高压输电线路地面合成电场以及离子流场的影响。     

同走廊高压交、直流输电线路混合电场分析

交、直流线路同走廊架设将会产生不同于单独交流或单独直流线路的电场效应问题。为有效预测这种线路的电场,基于上流有限元法和向后Euler方法,提出了一种交、直流混合电场的计算方法,可以在计算过程中考虑交流线路电压瞬时变化对直流导线电晕活动及空间电荷运动的影响。测量试验线段验证了该方法的有效性。对交、直流混合离子流场中离子的运动进行了模拟,并计算了不同交流电压等级、不同交、直流线路接近距离下的地面电场和离子流密度。结果表明:交、直流线路同走廊架设时,地面混合电场交流分量、直流分量和离子流密度均有所减小,并且接近距离越小、交流电压等级越高,混合电场直流分量和离子流密度越小;交流电场的扰动使直流线路下方空间电荷的分布向线路两侧更加分散,是导致直流分量和离子流密度减小的重要原因。     

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。     

山东电网高压直流输电线路电磁环境测量分析

高压直流输电线路电晕放电产生的空间电荷对周围电磁环境有很大影响.为了评估山东电网高压直流输电线路的运行状况,利用STT-HDSW电磁环境检测装置和Brüel&Kj(ae)r 2240高精度声级计实地测量了省内±660 kV宁东-山东和±800 kV锡盟-泰州、扎鲁特-青州高压直流输电线路在不同杆塔组合下的地面合成场强、离子流密度和可听噪声,并与计算值进行对比,分析了线路的放电特性.结果 表明:线路地面合成场强、离子流密度和可听噪声均满足国家标准要求的限值,减少这些数值的根本途径是适当增加导线的对地高度、子导线线径和分裂数.研究结果可为山东电网高压直流输电工程的电磁环境评价提供依据.     

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。     

考虑介质荷电的高压直流输电线路合成电场分离方法与影响机理

当高压直流输电线路临近农业大棚时,导线电晕放电产生的空间电荷会积累到覆盖在大棚上的介质薄膜表面,从而对周围的电场产生畸变作用。目前,一些专家学者们针对计及介质薄膜的离子流场进行了实验研究,也提出了针对直流输电线路附近存在介质薄膜时的离子流场计算方法。但是,尚未清晰地揭示荷电介质对电场的影响机理。该文提出基于场源的合成电场分离方法,建立500 kV HVDC架空线路附近存在介质薄膜的计算模型,对于是否存在薄膜以及不同薄膜尺寸情况下的电场分量进行研究。计算结果表明,薄膜上积累的电荷是影响大棚附近地面合成场强的主要因素。通过分析荷电介质对电荷分布的影响,揭示了荷电介质对电场的影响机理。该文的研究成果可为存在农业大棚时直流输电线路地面合成场强的抑制提供指导。     

湿度对悬浮液滴荷电特性及离子流场特性的影响

为了明确湿度对高压直流导线离子流场的影响,在人工气候室中使用同轴圆柱电极电晕放电实验平台对不同湿度条件下正极性高压直流导线的离子流场进行测量,分析湿度对正极性导线离子流场的影响规律,通过引入用于表征悬浮液滴荷电能力大小的参数,计算不同湿度条件下悬浮液滴的荷电特性和电场分量。计算结果表明：相对湿度小于60%和大于等于60%环境下离子流场中悬浮液滴荷电特性不同,相对湿度小于60%时,悬浮液滴荷电能力较弱且几乎不随湿度发生变化,空间电荷以离子为主,荷电液滴对离子流场影响较小,导线电晕放电特性和离子迁移率随湿度变化是影响离子流场的主要因素;相对湿度大于等于60%时,悬浮液滴荷电能力随湿度线性增大,悬浮液滴空间电荷密度迅速增加,荷电悬浮液滴成为影响离子流场的主要因素之一。     

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。     

极导线垂直和水平排列±500 kV直流输电线路的电磁环境比较分析

根据极导线垂直和水平排列高压直流输电线路几何结构的特点,在考虑正、负极导线起晕场强不同和正、负离子不同迁移率的基础上,比较分析了极导线垂直和水平排列±500 kV直流输电线路的电磁环境特点。结果表明：相对于极间距和极导线对地最小高度分别相同的水平排列线路,负极导线在下的垂直排列线路的地面合成电场强度、空间电荷密度和离子流密度的最大值较大,无线电干扰电平和可听噪声水平较低;而正极导线在下的垂直排列线路的地面合成电场强度、空间电荷密度和离子流密度的最大值较小,但其无线电干扰电平和可听噪声水平较高。     

极导线垂直和水平排列±500kV直流输电线路的电磁环境比较分析

根据极导线垂直和水平排列高压直流输电线路几何结构的特点,在考虑正、负极导线起晕场强不同和正、负离子不同迁移率的基础上,比较分析了极导线垂直和水平排列±500kV直流输电线路的电磁环境特点。结果表明:相对于极间距和极导线对地最小高度分别相同的水平排列线路,负极导线在下的垂直排列线路的地面合成电场强度、空间电荷密度和离子流密度的最大值较大,无线电干扰电平和可听噪声水平较低;而正极导线在下的垂直排列线路的地面合成电场强度、空间电荷密度和离子流密度的最大值较小,但其无线电干扰电平和可听噪声水平较高。     

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。