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基于亚网格FDTD的雷击高塔电晕效应影响分析

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基于亚网格FDTD的雷击高塔电晕效应影响分析

作者：高骐森南京信息工程大学

学位级别：硕士

雷击高塔在回击过程产生的辐射电磁场对周围的电气设备等有很大的威胁,深入研究雷击高塔辐射电磁场的空间分布、传播特性以及各种因素对其的影响有较强的意义。在极大的雷电流作用下,高塔表面的电晕效应可能引起雷电流沿高塔传播特性的... 详细信息

雷击高塔在回击过程产生的辐射电磁场对周围的电气设备等有很大的威胁,深入研究雷击高塔辐射电磁场的空间分布、传播特性以及各种因素对其的影响有较强的意义。在极大的雷电流作用下,高塔表面的电晕效应可能引起雷电流沿高塔传播特性的变化,进而影响辐射电磁场,而这种电晕效应在以往的分析中往往被忽略。时域有限差分法(FDTD)在雷电电磁场计算、导体表面电晕模拟中均有一定优势。本文在二维柱坐标系下使用FDTD法建立了考虑侧面电晕效应的雷击高塔电磁模型,并结合惠更斯亚网格技术,对电晕效应可能造成的影响进行了高效的模拟分析。在模拟中,高塔被简化地建模为一定半径的理想圆柱导体,电晕效应通过高塔周围径向发展的高电导率区域来表示。首先,本文基于FDTD法对雷击高塔进行了电磁模型的初步建模,并针对其中激励源的不同加入方式对雷击高塔电流分布的影响进行了具体的模拟对比。结果表明,理想电压源相对于理想电流源能更好地模拟波在高塔顶部的折射过程,更适合用于较长时间的雷击高塔模拟中;同时,模拟中可以通过在电压源顶部、雷电通道底部加入一个一定阻值的电阻的方法来进一步调整高塔顶部的反射、折射系数。之后,本文将惠更斯亚网格技术引入雷击高塔的FDTD分析中,实现了在包含雷电通道及高塔等雷击物体的小范围区域采用较小的空间步长、其余区域仍采用较大的空间步长,从而极大地提高了计算效率。在此基础上,本文深入测试了亚网格FDTD计算模型在雷电电磁场计算中可能出现的误差。结果表明,当亚网格区域右侧内边界距离轴心较近,且主、亚网格空间比例较大时,亚网格FDTD计算模型的计算结果可能出现一定误差,可以通过小幅扩大内边界到轴心的距离来减小该误差。最后,在亚网格FDTD计算模型中对雷击高塔电晕效应的影响进行了高效的模拟分析。结果表明,在极大的雷电流下,高塔侧面的电晕会使电流波沿高塔传播时产生额外的衰减,进而使得雷击高塔的辐射垂直电场、水平电场的波形均出现变化,影响程度随着观测距离的增大而减小。其中,垂直电场所受影响较大,其波形整体趋势不变,峰值及后续电场值均减小;水平电场所受影响程度相对较小,其峰值同样减小,但减小的程度减弱,同时峰值之后的后续下降波形变得平缓,电场值的衰减变慢。以上影响均随着输入电流峰值的减小、高塔半径的增大而显著减小。除此以外,由于引起电晕的极性不同,正地闪时电晕的影响程度相对于负地闪时更大。

关键词：雷电电磁场时域有限差分法亚网格技术雷击高塔电晕效应

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特高压交流输电线路电场计算与电晕效应研究

特高压交流输电线路电场计算与电晕效应研究

作者：李淼西安科技大学

学位级别：硕士

我国经济发展迅速,特高压输电线路的建设成为经济发展的关键。随着电压等级的升高,线路下方电场也逐渐增大,这将对周围居民的正常生活产生影响。为了控制输电线路下方电场,需要对线路电场强度进行分析计算。面对这样的问题,本文利用有... 详细信息

我国经济发展迅速,特高压输电线路的建设成为经济发展的关键。随着电压等级的升高,线路下方电场也逐渐增大,这将对周围居民的正常生活产生影响。为了控制输电线路下方电场,需要对线路电场强度进行分析计算。面对这样的问题,本文利用有限元法对交流特高压输电线路电场分布以及影响因素等进行了研究。本文首先以实际特高压输电线路为例,利用有限元软件ANSYS建模仿真,计算输电线路下方距地1.5m处电场强度分布,并计算不同影响因素下电场的变化趋势,仿真结果表明:输电线路布置方式、对地高度、相间距等对线路下方距地1.5m处的横向电场和走廊宽度都有着较大的影响,而子导线半径则对线路下方的电场影响较小。然后根据输电线路下方电场的影响因素,总结出优化参数下的输电线路模型,计算该模型的输电线路下方电场;针对一些重要区域对电场限值的要求,采用架设屏蔽线和同塔混压四回架设两种方式来抑制线路下方电场,分析不同屏蔽线参数对屏蔽效果的影响,并建立1000kV和500kV同塔混压输电线路模型,计算该模型下方电场与1000kV输电线路单独架设相比较,结果表明:合理设置屏蔽线参数能够将输电线路下方电场控制在限值以内,而输电线路混压架设对线路下方电场强度有较好的屏蔽效果,从电磁环境、节约输电走廊、增加单位面积输送能力、增加经济性等方面考虑,混压架设相对于单电压架设具有很大优势。最后介绍了电晕的形成原因及其产生的主要影响,对电晕产生的可听噪声、电晕损耗和无线电干扰进行工程计算;通过分析确定了电晕主要影响因素是表面电场和起晕电场,对输电线路表面电场进行计算,并研究不同相导线参数和子导线参数下输电线路表面电场强度的变化趋势,结果表明:子导线分裂数目对表面电场影响较大,而三相输电线路间距、高度等对其影响不大;确定了全面起晕场强的计算公式,通过公式及原理得出输电线路导线表面状况、天气情况以及空气湿度和密度等对电晕过程有一定的影响。

关键词：特高压电场强度有限元屏蔽措施电晕效应

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电晕效应和泄漏效应的防静电机理及应用

劳动保护科学技术 1991年第2期 41-43页

作者：冯全蓉

330kV线路高海拔地区按电晕效应选择导线的探讨

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电力技术（北京） 1992年第12期25卷 52-57页

作者：胡其秀西北电力设计院

我国西北黄河上的三门峡至龙羊峡地段,自70年代到1990年止,投入运行的330kV 线路已达3108km,逐步形成骨干电网。地域波及陕、甘、宁、青、豫诸省,面积约54万 km^2。该地域除关中、宁夏平原外,其余地形多为丘陵、山地,属西北黄土高原,系... 详细信息

我国西北黄河上的三门峡至龙羊峡地段,自70年代到1990年止,投入运行的330kV 线路已达3108km,逐步形成骨干电网。地域波及陕、甘、宁、青、豫诸省,面积约54万 km^2。该地域除关中、宁夏平原外,其余地形多为丘陵、山地,属西北黄土高原,系大陆性气候,年降雨量在关中高达1200mm,有的地方仅有75mm。冬季寒冷、干燥。海拔高度由东向西递增,变化范围在330～3530m 之间。

关键词：输电线路电晕效应导线选择

500千伏线路的电晕效应和导线分裂方式问题

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高电压技术 1983年第3期 56-58页

作者：伍企舜聂定珍武汉高压研究所

从我国电力系统负荷平衡的情况来看,近期建设的500千伏超高压线路,在投产初期的输送容量一般并不太大,即从传输功率的要求来说,导线截面积可以小于4×300毫米;,如果能进一步减小导线的截面（如采用3×300毫米;）,将可以显著地降低500千... 详细信息

从我国电力系统负荷平衡的情况来看,近期建设的500千伏超高压线路,在投产初期的输送容量一般并不太大,即从传输功率的要求来说,导线截面积可以小于4×300毫米;,如果能进一步减小导线的截面（如采用3×300毫米;）,将可以显著地降低500千伏线路的单位工程造价和整个工程的建设投资。导线截面积能否在4×300毫米z的基础上进一步减小,主要取决于电晕效应。超高压输电线路的电晕效应主要又表现在无线电干扰、可听噪声和电晕损失三个方面。因此,它是一个减少工程投资与线路损耗增大二者之间经济效益的权衡以

关键词：电晕效应可听噪声电晕损失导线

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直流输电线路电晕效应初探

直流输电线路电晕效应初探

云南-广东±800kV特高压直流输电线路可听噪声仿真计算与测试分析

山东电机工程学会2012年度学术年会

作者：鹿宁吕宁山东电力集团公司检修公司

本文主要介绍了直流输电线路与交流输电线路电晕效应的不同之处,并针对直流输电线路电晕现象的起因、危害及防范进行了初探。

关键词：直流输电电晕效应危害防范

来源： cnki会议评论

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高电压技术 2012年第12期38卷 3268-3276页

作者：邓军肖遥楚金伟李立浧赵宇明张建功华南理工大学电力学院广州510640 南方电网超高压输电公司检修试验中心广州510663 南方电网科学研究院广州510080 国网电力科学研究院武汉430074

为研究特高压直流(UHVDC)输电线路可听噪声特性及环境影响,对±800kV云南-广东(简称云广)直流线路可听噪声进行了理论计算和测量分析。基于特高压直流输电线路导线表面最大电场计算的简化模型和BPA经验公式进行了可听噪声的理论计算。... 详细信息

为研究特高压直流(UHVDC)输电线路可听噪声特性及环境影响,对±800kV云南-广东(简称云广)直流线路可听噪声进行了理论计算和测量分析。基于特高压直流输电线路导线表面最大电场计算的简化模型和BPA经验公式进行了可听噪声的理论计算。结合云广工程特点阐述了特高压直流输电线路可听噪声的测量环境、位置、时间、注意事项、数据记录、评价值与分析依据。将理论值与现场测量值进行比较分析可得:在正极半压和负极全压、负极半压、负极全压运行方式下可听噪声的测量值呈振荡性;不同月份的双极全压运行方式下可听噪声的测量值与理论值的误差明显小于正极半压和负极全压、负极半压、负极全压运行方式下所得到的误差。云广特高压直流线路可听噪声的测量值在海拔高度700m处的双极之间受周围植被影响而使得测量值偏小,其他海拔高度测量点的可听噪声分布均以最大值为中心、沿垂直于导线方向的两侧分布呈衰减趋势。在不同海拔高度下,双极全压运行的云广直流线路可听噪声的测量值满足噪声电磁环境限值。

关键词：特高压直流(UHVDC) 输电线路可听噪声电磁环境高海拔地区电晕效应

云南—广东±800kV特高压直流线路无线电干扰仿真计算与测试分析

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高电压技术 2013年第3期39卷 597-604页

作者：邓军肖遥楚金伟李立浧赵宇明张建功华南理工大学电力学院广州510640 南方电网超高压输电公司检修试验中心广州510663 南方电网科学研究院广州510080 中国电力科学研究院武汉430074

为研究特高压直流输电线路无线电干扰特性及环境效应,开展了±800kV云南—广东(简称云广)直流线路无线电干扰的理论计算与现场测量。利用等效电荷法和国际无线电干扰特别委员会(CISPR)经验公式分别计算特高压直流输电线路导线表面最大... 详细信息

为研究特高压直流输电线路无线电干扰特性及环境效应,开展了±800kV云南—广东(简称云广)直流线路无线电干扰的理论计算与现场测量。利用等效电荷法和国际无线电干扰特别委员会(CISPR)经验公式分别计算特高压直流输电线路导线表面最大电位梯度和无线电干扰分布,并将理论计算值与现场测量值进行比较。分析结果表明:随着测点距离负极导线距离的增加,负极半压、负极全压运行的无线电干扰呈逐渐减小的趋势;正极半压和负极全压运行的无线电干扰测量值变化平缓且大于负极半压运行的,但小于双极全压和负极全压运行的测量值;双极全压运行测量值与理论计算值的误差小于其他运行方式的,但当无线电干扰测点的导线对地高度为49m,或线路临近500kV交流输电线路,或海拔高度为1 900m时,双极全压运行的测量值与理论计算值的误差偏大;不同海拔下的云广特高压直流线路,在正极外20m至负极外20m之间,无线电干扰变化趋势是先减小后增大,该区域以外无线电干扰值呈衰减分布。因此,不同运行方式下受测量环境因素的影响无线电干扰的测量值与理论计算值的分布规律存在差异,但不同海拔高度下双极全压运行的无线电干扰测量值都满足电磁环境限值要求。

关键词：特高压直流输电线路无线电干扰电磁环境高海拔地区电晕效应

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板式离子风散热系统性能研究与优化

工程热物理学报 2020年第1期41卷 202-208页

作者：冯杰王长宏刘清明广东工业大学材料与能源学院

为探究板式离子风散热系统的性能和提供系统优化的新思路,提出一种针-平行板电极的板式离子风发生器,讨论针的位置、板间距、板厚等参数对风速和对流换热系数的影响,利用热红外成像仪分析板电极产生离子风时的温度分布以及焦耳热效应对... 详细信息

为探究板式离子风散热系统的性能和提供系统优化的新思路,提出一种针-平行板电极的板式离子风发生器,讨论针的位置、板间距、板厚等参数对风速和对流换热系数的影响,利用热红外成像仪分析板电极产生离子风时的温度分布以及焦耳热效应对热传递的影响。结果表明针电极距板外10 mm、板间距10 mm和板厚1.5 mm为优选方案,最大传热系数达25 W·m^-2·K^-1。

关键词：离子风电晕效应强化传热电子散热