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流场-离子流场双向耦合作用下±800kV高压直流输电线路离子流特性

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中国电机工程学报 2024年

作者：康永强蒲绪宏张嘉琳赵珊鹏陈智涛马钟任耿林博李帅兵兰州交通大学新能源与动力工程学院兰州交通大学自动化与电气工程学院

高压直流输电线路离子流计算是输电线路设计及电磁环境评估的重要内容，线路电晕放电离子流与流体之间的双向耦合是其本质特征，目前离子流计算方法均未考虑离子流场与流场之间的双向耦合特征且难以应用于复杂风环境下的离子流计算。为... 详细信息

高压直流输电线路离子流计算是输电线路设计及电磁环境评估的重要内容，线路电晕放电离子流与流体之间的双向耦合是其本质特征，目前离子流计算方法均未考虑离子流场与流场之间的双向耦合特征且难以应用于复杂风环境下的离子流计算。为此，该文考虑流场(流体方程)与离子流场(离子输运方程)之间的耦合关系，建立高压直流输电线路流场-离子流场双向耦合模型，采用有限元方法计算±800kV高压直流输电线路地面合成电场和离子流密度的分布特性，计算结果与实验测量结果吻合较好，验证了所建模型的有效性。基于此，重点研究不同风速和风向对±800kV高压直流输电线路地面合成电场与离子流密度的影响规律。同时，考虑导线风偏和混合风对离子流场的影响，获得±800kV高压直流输电线路在风偏和混合风影响下地面合成电场和离子流密度的分布规律，其结果可为高压直流输电线路的设计及电磁环境评估等提供参考。

关键词：风环境高压直流电晕放电离子流场体积力导线风偏

湿度对悬浮液滴荷电特性及离子流场特性的影响

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电工技术学报 2022年第13期37卷 3422-3430,3452页

作者：申南轩苏子寒张远航卢铁兵新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

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... 详细信息

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。

关键词：湿度悬浮液滴荷电特性离子流场影响因素

基于不同湿度条件下离子流场数据的颗粒物场致–扩散荷电分离测量方法及其特性分析

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中国电机工程学报 2023年第8期43卷 3284-3292页

作者：申南轩张远航苏子寒卢铁兵新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网北京房山供电公司北京市房山区102400

为了分析不同湿度条件下离子流场中悬浮颗粒物的荷电特性,提出基于离子流场数据的颗粒物场致–扩散荷电分离测量方法。基于平行平板电极,搭建颗粒物荷电特性测量平台,获得用于表征颗粒物荷电特性的荷电参数。通过对离子流场数据进行处理... 详细信息

为了分析不同湿度条件下离子流场中悬浮颗粒物的荷电特性,提出基于离子流场数据的颗粒物场致–扩散荷电分离测量方法。基于平行平板电极,搭建颗粒物荷电特性测量平台,获得用于表征颗粒物荷电特性的荷电参数。通过对离子流场数据进行处理,实现场致、扩散荷电参数的分离,进而分析湿度对颗粒物荷电特性的影响机理。针对该文使用的燃香颗粒物,实验测量结果表明:相对湿度小于或等于60%时,场致荷电参数和扩散荷电第一参数基本不随湿度发生变化,扩散荷电第二参数随湿度增大逐渐减小;相对湿度大于或等于70%时,场致荷电参数随湿度逐渐增大,扩散荷电参数几乎为0。由于场致、扩散荷电参数随湿度变化规律不同,使得场致荷电、扩散荷电和总空间电荷密度随湿度增大呈现不同的变化规律。颗粒物吸湿性和离子水合反应是导致荷电特性随湿度变化的主要原因。该文提出的场致–扩散分离测量方法可以用于确定颗粒物荷电特性,可为高污染、高湿环境下高压直流输电线路离子流场建模提供理论支撑。

关键词：高压直流输电电晕放电离子流场颗粒物荷电特性相对湿度测量方法

离子流场模型中高压直流导线表面粗糙系数的表征方法

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高电压技术 2019年第5期45卷 1443-1450页

作者：陈博卢铁兵徐鹏王东来李学宝华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室北京102206

高压直流输电线路电晕放电会产生离子流场问题。裸露的导线受到风沙及摩擦磨损,导致表面粗糙度增加,更易发生电晕放电。因此,导线表面微观几何形态是影响直流输电线路离子流场的重要因素。为此,利用砂粒对导线表面进行处理,模拟风沙对... 详细信息

高压直流输电线路电晕放电会产生离子流场问题。裸露的导线受到风沙及摩擦磨损,导致表面粗糙度增加,更易发生电晕放电。因此,导线表面微观几何形态是影响直流输电线路离子流场的重要因素。为此,利用砂粒对导线表面进行处理,模拟风沙对输电线路的影响,制备了粗糙度不同的导线样品。基于光切法,对导线样品表面微观几何形态进行了分析,得到了导线样品粗糙度。用有限元计算了不同表面微观几何形态的导线表面场强,当粗糙度增大时,导线表面最大场强增大,尖刺状凸起增多。并利用电晕笼测量获得了导线样品起晕电压,建立了导线表面粗糙度与Peek公式中粗糙系数的关联关系。随着粗糙度的增大,粗糙系数减小。进而将此关联关系应用于离子流场计算中,利用测量得到的表面粗糙度表征了粗糙系数,使得离子流场计算中对导线表面微观几何形态的表述更具科学依据。

关键词：高压直流输电导线表面粗糙度起晕电压离子流场

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离子流场中导体充电电位的计算

中国电机工程学报 2011年第27期31卷 8-13页

作者：甄永赞崔翔卢铁兵罗兆楠周象贤胡榕向新宇华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206

随着我国高压直流输电工程的快速建设,其电磁环境问题日益受到广泛关注,线下离子流场中导体充电问题是其中一项比较重要的问题。该文对上流有限元法进行改进,使其能够计算离子流场中经电阻接地导体的充电电位,计算结果与实验结果具有较... 详细信息

随着我国高压直流输电工程的快速建设,其电磁环境问题日益受到广泛关注,线下离子流场中导体充电问题是其中一项比较重要的问题。该文对上流有限元法进行改进,使其能够计算离子流场中经电阻接地导体的充电电位,计算结果与实验结果具有较好的一致性,证明了该算法的正确性。基于所提算法,讨论接地电阻变化时充电导体电位的变化规律。当接地电阻很大时,该方法计算结果为离子流场中悬浮导体的电位值;离子流场中悬浮导体充电电位绝对值比导体不存在时相同位置的电位值高。考察离子流场中悬浮导体的电位问题,需要进行离子流场数值计算。

关键词：高压直流输电离子流场充电导体上流有限元法

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考虑介质荷电特性的离子流场建模与计算

考虑介质荷电特性的离子流场建模与计算

作者：郝福钦华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

近些年我国特高压直流输电发展迅速,在运行架空直流输电线路总长度逐年增长,线路跨越的物体也变得更加复杂多样,这使得特高压直流输电线路离子流场问题的建模计算变得复杂,因此需要针对线路下的不同材料物体的电气特性,改进现有离子流... 详细信息

近些年我国特高压直流输电发展迅速,在运行架空直流输电线路总长度逐年增长,线路跨越的物体也变得更加复杂多样,这使得特高压直流输电线路离子流场问题的建模计算变得复杂,因此需要针对线路下的不同材料物体的电气特性,改进现有离子流场计算模型,提高特高压直流输电线路离子流场预测准确性。本文系统研究了在轴对称及三维场域中包含多种介质时的离子流场计算方法,为复杂环境下特高压直流输电线路离子流场问题的求解提供思路。首先,本文提出了适用于二维轴对称模型的多介质离子流场问题计算方法。主要工作包括:推导了场域包含多种介质且介质表面积累有面电荷时泊松方程有限元通用公式;给出了适用于上流有限元法求解多介质离子流场的单元及节点文件存储方法;采用互补变分法实现了不同介质区域场强的求解;说明了计算方法的详细计算流程;通过实验验证了计算方法的有效性。其次,本文根据多介质轴对称离子流场计算方法提出了多介质三维离子流场求解方法。主要工作包括:给出了三维情况下多介质离子流场中求解泊松方程的有限元矩阵方程和求解电流连续性方程的计算公式;说明了上流有限元法求解电流连续性方程时节点场强及节点电荷密度的寻址方法;通过实验对计算模型的有效性进行了验证。最后,基于本文提出的多介质三维离子流场计算方法计算分析了绝缘介质周围离子流场特性和介质电气参数对离子流场的影响情况。对比了存在与不存在绝缘介质、存在金属介质时的地面场强变化情况;分析了长方体绝缘介质不同侧场强分布特性;分析了不同电气参数对绝缘介质周围场强、绝缘介质积累自由电荷能力与电荷极性的影响。

关键词：直流输电电晕放电离子流场介质荷电数值计算

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直流输电线路下方建筑物附近离子流场的计算

中国电机工程学报 2012年第4期32卷 193-198,1页

作者：黄国栋阮江军杜志叶余世峰赵常威荣荣王国利武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072 国家电网公司直流建设分公司北京市西城区100052 特高压工程技术(昆明广州)国家工程实验室广东省广州市510080

直流输电线路下方建筑物附近电场分布复杂,基于Deutsch假设计算建筑物附近的离子流场在理论上会造成较大的误差,同时无法考虑风速的影响。基于上流有限元方法计算直流模拟试验线路下方房屋模型附近的离子流场,采用新型的迭代收敛控制技... 详细信息

直流输电线路下方建筑物附近电场分布复杂,基于Deutsch假设计算建筑物附近的离子流场在理论上会造成较大的误差,同时无法考虑风速的影响。基于上流有限元方法计算直流模拟试验线路下方房屋模型附近的离子流场,采用新型的迭代收敛控制技术,保证了迭代收敛过程的稳定性。计算结果与试验数据进行对比,得到了很好的验证。结果表明上流有限元方法适用于直流线路下方建筑物附近离子流场的计算。考虑风速的影响,计算建筑物附近离子流场,发现风速对建筑物附近合成场强以及离子流密度的影响很大,因此在计算直流输电线路下方建筑物附近电磁环境时,必须考虑风速对离子流场的影响。

关键词：直流输电线路上流有限元法建筑物离子流场风速

架空地线对同塔双回高压直流输电线路离子流场的影响

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高电压技术 2011年第12期37卷 2965-2970页

作者：黄国栋阮江军杜志叶余世峰李锐海赵常威武汉大学电气工程学院武汉430072 国家电网公司直流建设分公司北京100052 特高压工程技术(昆明、广州)国家工程实验室广州510080

直流输电线路离子流场的计算中,针对外加电压、导线半径、线路高度等线路结构参数对地表电磁环境影响的讨论已很成熟,但针对架空地线半径、位置等因素影响作用的理论分析却并不多见。为此,基于Deutsch假设,编制程序计算了双极导线垂直... 详细信息

直流输电线路离子流场的计算中,针对外加电压、导线半径、线路高度等线路结构参数对地表电磁环境影响的讨论已很成熟,但针对架空地线半径、位置等因素影响作用的理论分析却并不多见。为此,基于Deutsch假设,编制程序计算了双极导线垂直排列试验线路地表合成场强,并与试验数据进行了比对,结果表明一致性很好。基于三沪二回典型输电线路结构,计算了极导线4种不同布置方式下的地表合成场强以及离子流密度,选出电磁环境较优的"+-/+-"布置方式用于讨论架空地线对地表电磁环境的影响。结果表明,对于不同的输电线路高度,地表电磁环境随架空地线位置变化趋势一致,且受位置变化影响极小。因此,在线路杆塔设计中,考虑防雷要求对地线位置进行调整时,无需考虑地线位置变化对线路下方电磁环境的影响。

关键词：合成场强离子流密度 Deutsch假设架空地线同塔双回直流输电线路离子流场

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

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电工技术学报 2016年第12期31卷 49-57页

作者：杨帆代锋罗汉武刘泽辉会燕李贤良输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044 国网内蒙古东部电力有限公司呼和浩特010020 国网河南省电力公司电力科学研究院郑州450052

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... 详细信息

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。

关键词：雾霾直流输电线路离子流场影响机理控制方程