基于多面无相位近场数据的电磁干扰源等效建模

针对现有无相位近场数据的偶极子建模很难精确对干扰源进行等效的问题,对现有无相位近场数据的干扰源等效建模中所采用的双面迭代方法进行了改进,改进方法主要是采用2个以上不同高度的磁场幅度数据;对双面迭代方法中平面的选择以及改进方法中平面数量和起始面的选择进行了讨论;以干扰源辐射磁场重构的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)作为偶极子建模准确度评价依据,与现有双面迭代方法及其他优化方法等效建模出的偶极子模型进行了对比验证,对比结果显示该改进方法具有更高的准确度。

磁场中导电矩形薄板1∶3内共振下的超谐波动力学响应

针对横向恒定磁场中一边固定三边简支的导电矩形薄板,研究1∶3内共振条件下系统发生超谐波共振时的动力学响应。利用伽辽金法得到两自由度非线性振动微分方程组,并通过数值计算得到系统发生超谐-内联合共振时前两阶模态的响应图。结果表明,内共振的存在使得高阶模态被间接激发,不同参数下系统呈现出混沌、概周期运动等复杂动力学响应,可以通过调节磁场强度控制系统振动。

交流输电线路交叉跨越区域空间电场计算方法

随着输电线路电压等级的升高,电磁环境问题受到越来越多的关注。目前的交流输电线路地面电场的计算方法主要针对一条输电线路,采用的是二维计算模型,这种模型采用的是解析方法,可以求解二维空间内无限远处的电场强度。而交叉跨越区域电场强度的计算需要建立三维模型,针对三维空间的电场计算尚未有成熟的解析方法,较为常见的是利用数值方法。以有限元为原理的ansys仿真软件计算三维空间场强,但是必须已知求解区域和边界条件且细分网格以满足计算精度。为了解决这一问题,推导了两种无限长直导线三维空间电场强度计算公式,在确定求解区域和求解边界后,先利用公式计算三维截面上各点的场强值,然后将计算结果作为边界条件代入软件仿真。与交叉线路实地测量结果对比证明该方法可以应用于工程计算。并用这种方法计算了导线不同对地高度和不同相序情况下的电场分布,计算结果表明,提高导线对地高度和采用合理的相序排列可以有效地降低交叉线路线下电场强度。

±660kV直流换流站阀厅内金具表面电场数值求解

针对我国特有的±660kV的电压等级下的阀厅全模型的金具电场计算,采用静电场瞬时加载法,首先根据±660kV换流站阀厅换流变压器设备参数,通过MATLAB仿真得到阀厅内部主要设备在额定功率以及轻载功率下的电位波形,选取比较典型的16组数据进行数值求解,从而得到相应情况下阀厅内部场强最大值以及场强变化曲线。计算结果表明,在当前设计方案及电位加载方式下,阀厅内部金具表面最大场强符合直流阀厅内部电场控制要求。该数据为阀厅的设计规划提供了可靠支撑,具有重要指导意义。

±500kV直流输电系统换流站阀厅内金具表面电场数值求解

对于阀厅全模型数值模拟,电位加载方式不同时,阀厅内部金具上的电场分布是不同的,因此有必要对典型相序时的电位、电场分布进行仿真分析;而目前,国内关于阀厅全场域数值求解的参考文献较少。为此,讨论了交流、直流加载方式下的区别以及静电场瞬时加载法在阀厅数值模拟中的应用。根据辽宁某±500 kV换流站阀厅换流变压器设备参数,通过MATLAB仿真得到阀厅内部主要设备在额定功率以及轻载0.1倍额定功率下的电位波形,选取其中比较典型的8组数据进行加载求解,并得到了相应时序下阀厅内部金具表面电场强度的最大值。计算结果表明,在当前设计方案及电位加载方式下,阀厅内部金具表面最大场强符合直流阀厅内部电场控制要求。该数据为阀厅的设计规划提供了可靠支撑,具有重要指导意义。

基于模拟电荷法对500 kV输电线路跨越民房时导线高度的计算

500 kV输电线路跨越民房时,民房处电场畸变成为制约输电线路对地高度的重要因素。文章采用模拟电荷法计算了不同排列方式的500 kV输电线路跨越不同高度民房时的电场,给出了满足4 kV/m控制限值的导线对地最低高度。结果表明,不同塔型下导线对地最低高度的变化与楼层高度的变化基本一致。上述结果为线路设计和了解输电线路跨越民房时的电场分布提供了参考数据。

750kV高压电抗器笼式出线结构均压特性研究

750 kV变电站内高压电抗器多采用笼式分裂导线与管母连接,该结构形式较为复杂,容易发生严重的电晕放电,既造成功率损耗,又给周围环境带来可听噪声和无线电干扰,因此有必要对高压电抗器出线结构采取一定的防晕措施。采用三维有限元法,对750 kV变电站高压电抗器出线回路进行仿真计算,得出其三维电位及电场强度分布规律,计算笼式出线各分裂导线表面的电场强度分布情况,分析不同屏蔽环配置对其分布的影响,提出高压电抗器笼式出线结构的屏蔽环配置建议。研究成果有效改善了750 kV高压电抗器笼式出线结构的均压特性,已在甘肃白银750 kV变电站的设计和建设中得到应用。

高压静电水处理器腔内电场分布分析与阻垢效果研究

利用自制的“高压静电水处理器”对电厂循环冷却水进行了动态模拟阻垢研究，从理论与实验的角度，分析了高压静电水处理器腔内电场分布。研究表明，离子棒高压静电场为双介质非均匀径向稳恒高压静电场，静电场中 PTFE 介质层构成离子棒绝缘层，水介质层构成循环冷却水与电场进行能量交换的空间；应用拉普拉斯方程对水介质空间电场分布分析表明，循环水空间的电场能量密度在10^-32~10^-30 J/mol数量级，远未达到水分子团簇氢键破裂的能量级别，因此离子棒提供的电场能量只起到促使水分子团簇向氢键断开的方向变化，而未提供水分子团簇氢键断开的全部能量；高压静电场的阻垢作用关键是使水中成垢离子的结晶形态发生变化，电场能量使热平衡体系中的自由能ΔG增加，导致文石晶核形成的几率增大，文石晶体呈粉末状，易随水流冲走而减少了在换热表面的沉积，从而抑制方解石型水垢生长。

有限元法在高压输电线路线夹能量损耗计算中的应用

提高电能输送效率、减小线路损耗是节约能源的重大举措,也是高压输电线路的线路金具需要解决的重要课题。为对线夹的能量损耗进行量化分析,同时考虑到解析法求解复杂模型涡流损耗的局限性,采用有限元法对铸铁线夹进行建模并分析其涡流损耗,计算结果与试验所得数据相吻合,验证了该方法的有效性。使用此方法对预绞式悬垂线夹和铸铁线夹的涡流损耗分别进行计算,计算结果表明:预绞式悬垂线夹的涡流损耗较铸铁线夹大为降低,使用预绞式悬垂线夹更加节能,投资回收期较短。

输电走廊工频电磁场的测量和解决方案

随着超高压电网的迅速发展,输电线路走廊的电磁辐射问题引起越来越多的关注。结合工程实例—某500 kV交流线路靠近小学校园引起师生身体不适,运用模拟电荷法和模拟电流法,分别分析了该线路走廊的工频电场和工频磁场的空间分布特性。同时,现场测量数据表明:在晴朗天气条件下,教学楼顶部分区域的电场强度接近国标限值;在阴雨(湿度较大)天气条件下,电场强度确已超标。针对电场超标问题,通过架设3根LGJ-50/30接地屏蔽线将电场强度最大值由3.75 kV/m降至1.35 kV/m,阴雨天气条件下亦满足国家标准要求。

计及部分电容的接地回路高频电路模型

建立相对精确的接地回路电路模型,研究接地回路的阻抗频率特性,对研究接地回路的传导干扰具有重要意义。首先建立了一个大尺寸的接地回路实物模型,运用PEEC方法求出各部分参数并建立了考虑部分电容作用的等效电路模型。实测和仿真的阻抗频率特性非常吻合,证明用PEEC方法分析研究大尺寸接地回路的高频阻抗特性是可行的,拓展了PEEC方法的应用领域。另外,在用HP4395A阻抗分析仪测量高频阻抗频率特性时,为屏蔽外界电磁干扰,应该对被测模型加屏蔽罩并可靠接地。

覆冰复合绝缘子电位分布有限元仿真

国内外对覆冰复合绝缘子电位电场分布研究甚少,研究覆冰复合绝缘子电位分布与选择合理均压环参数,对覆冰地区复合绝缘子设计运行维护具有重要的参考价值。本文利用Ansys12.0软件,采用准静态场有限元法开展了覆冰形态对220kV复合绝缘子电位畸变影响研究。建立220kV复合绝缘子二维轴对称模型,研究了大伞桥接前后冰棱长度,覆冰厚度对复合绝缘子电位影响,对比分析了干冰湿冰情况下沿面电位分布,同时,探讨了均压环几何参数对覆冰复合绝缘子电位分布影响规律。结果表明:桥接前,随冰棱长度增加,冰棱间等电位分布线愈密集;桥接后,全部大伞被冰棱桥接时电位分布畸变最严重;复合绝缘子湿冰电位分布比干冰更不均匀,干冰受冰厚影响比湿冰更明显;最后提出改善覆冰复合绝缘子电位分布的均压环几何参数。

多介质工频电场分析的快速多极子边界元法

针对变电站关键设备工频电场计算存在计算效率低的问题,结合快速多极子法和边界元模拟电荷法提出一种快速计算多介质工频电场分布的方法。根据边界元模拟电荷法基本原理建立变电站关键设备工频电场计算模型。利用快速多极子法可以加速矩阵与向量乘积效率的特点,得到提高多介质工频电场分布的快速算法。并应用该方法具体计算500 kV变电站中开关场内刀闸周围的电场分布。结果表明:快速多极子边界元模拟电荷法的计算结果与积分工程软件的仿真结果的最大相对误差为8.1%。在满足工程误差允许前提下,该方法相对于传统边界元模拟电荷法运算速度快、内存消耗少、计算精确度高,适合于求解大尺度多未知量、多自由度的工频电场计算问题。

基于场-路复合模型的细胞内外膜跨膜电位时频特性

为研究脉冲电场的生物医学效应机理,基于多层介质电场模型建立了球形单细胞的场-路复合模型,提出了内外膜跨膜电位与外加电场之间传递函数的计算方法,分别分析了脉冲电场作用下内外膜跨膜电位的时域特性与频率特性。时域分析表明,不同的脉宽导致外加电场对内外膜具有不同的选择性作用。频域分析表明,细胞内外膜分别具有带通和低通滤波性能,在不同脉宽的脉冲电场(具有不同的频谱分布)作用下,将诱导出不同的生物医学效应。理论分析与医学实验结果均表明,场-路复合模型与电场模型和电路模型均吻合得很好,对电穿孔、凋亡等生物医学效应的诱导机理给出了初步统一的解释,为脉冲电场用于肿瘤治疗的机理研究和参数的合理选择提供了理论依据。

1000kV立柱式氧化锌避雷器三维电位分布计算及均压环设计

基于区域分裂思想,采用虚拟半球面耦合边界将三维上半空间无界域划分成耦合面内子区域与耦合面外无界子区域。其中,对耦合面内子区域采用传统有限元法离散;而将耦合面外无界子区域当作一个大单元,采用满足拉氏方程的本征解作为该大单元的插值函数,这样从根本上解决了有限元法难以离散无界场域的问题,从而形成了求解三维上半空间无界域静电场问题的一种新方法:有限元–解析结合解法。采用该方法对1000kV立柱式氧化锌避雷器三维电位分布进行了数值计算,讨论了影响电阻片电压承担率的多种因素。最后,给出了一种较为理想的均压环结构并得到了试验验证。

基于能量概率与微孔力模型的脉冲电场对细胞电穿孔动态过程的仿真分析

采用Matlab软件基于跨膜电压、微孔半径以及孔的受力随时间和空间变化的分析来模拟细胞在1 k V/cm、100μs脉冲期间电穿孔动态变化过程。采用的模型相比传统模型有两点明显的改进:第一,利用微孔能量的概率模型判断微孔半径变化的初始时间,当脉冲电场注入的能量大于微孔的最大能量的概率超过0.99时,微孔半径开始变化;第二,建立微孔受力模型来描述微孔的发展和分布,提出新的参数-孔冲量来决定微孔的大小。结果表明,除了极点不发生穿孔外,细胞膜都发生电穿孔,细胞膜大部分区域的微孔的受力接近于0,孔径基本区域稳定,不发生变化;但靠近极点附近的小部分区域孔径受力为正值,如果延长脉冲时间,孔径仍然在发展。此模型可以用来判断微孔的形成与预测微孔的发展。

电力系统电磁兼容实验室设计与建设

介绍了新建于北京特高压直流试验基地电磁兼容实验室的技术特性。结合电力行业大尺寸、高电压、大功率的特点,通过对测试场地技术特性和试验能力的设计与建设,对测试设备和测试系统的优化配置与集成,新建成1座10 m法半电波暗室、1座3 m法全电波暗室和5间屏蔽室。新建实验室可以进行电磁传导干扰、辐射干扰和电磁抗扰度的全部常规试验。新建实验室达到国际先进水平,能够满足电力行业、国内和国际电磁兼容标准与要求。

渐近边界条件在轴对称无界高压静电场计算中的应用

将渐近边界条件技术引入到有限元数值计算方法中，计算了具有轴对称特性的两种典型高压电极无界静电场问题。结果表明：采用渐近边界条件后，计算结果具有较高的精度，可以尽可能地缩小人工边界的设置范围；该技术保留了有限元法的显著优点—系数矩阵的高度稀疏性和对称性；对于长宽比值较大的窄形电极问题，如采用人工边界为矩形的渐近边界条件，将会使计算效率显著提高。

电磁力有限元分析中麦克斯韦应力法的积分路径选取的研究

电磁力的计算方法中 ,虚位移法精度较高 ,但公式的推导比较复杂 ;麦克斯韦应力法易于推导 ,应用简便 ,但对积分路径的选取较为敏感。本文从理论上证明了在二维有限元分析情况下 ,当选取包围运动物体的外层三角形单元的中线连线作为麦克斯韦应力法的积分路径时 ,这两种方法完全等效 ,为应用麦克斯韦应力法得到精确的数值结果提供了保证。

运动舰船切割地磁场在海水中产生的电场计算

根据经典的Sommerfeld赫兹矢量分别推导出了空气和海水中水平直流电流元的电磁场表达式 .在此基础上 ,根据瞬态连续性原理 ,推导出了运动舰船切割地磁场磁力线而产生的感应电场 .以日本宙斯盾导弹驱逐舰“金刚”号为例 ,计算了它的感应电场大小及空间分布情况 .结果表明 ,航速 2 0kn时在离船壁 5m左右能产生几个毫伏 /米的感应电场 ,在目前的检测技术下该电场是完全可测的 ,并且该电场在空间分布有明显的特征 .