多导体电容系统多端口表示方法

部分电容是“工程电磁场”课程的一个重要内容,是电气领域经常应用的重要知识。结合微分形式电荷守恒方程和等效电路模型获得了无损耗多导体电容系统部分电荷守恒方程;基于正弦稳态电路结点导纳法得到了用部分电容和支路电压表示的多端口库伏关系;以3+1多导体电容系统为例,讨论了多导体电容系统的部分电容、感应系数矩阵和电位系数矩阵对应元素关系。该教学思路在教学应用中更易被学生理解和接受。

1000kV交流复合绝缘子均压环参数设计

为了将1000kV交流特高压输电线路复合绝缘子沿面电场分布控制在合理的范围内,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解的方法将三维无界场域分解成有界子区域,选择使用有限元法进行1000kV交流输电线路复合绝缘子串沿面电位、电场分布计算及均压环参数优化设计。应用ANSOFT软件建立1000kV交流线路带杆塔、导线的全三维模型,研究了均压环的管径、环径和抬高距离对绝缘子电场分布影响的规律,从控制电场强度的角度出发得到了均压环结构参数的配置方案。三维计算结果表明,安装了均压环后,复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均可以满足要求,绝缘子沿面电位分布的均匀性也得到了提高。金具可见电晕和无线电干扰试验的结果表明,高压端金具和均压环的起晕电压、无线电干扰均符合国家标准要求。

气压湿度对负直流电晕特性影响的研究

为得到负直流电晕特性随着气压湿度的变化规律,建立了考虑气压湿度影响的负直流电晕起始电压的物理模型,利用模拟电荷法和计算表面光电子数目的方法求解了负直流电晕起始电压。在人工气候罐中,利用棒–板电极,测量了不同气压湿度下的负直流电晕起始电压和电晕电流。计算和试验结果表明:电晕起始电压随气压下降、湿度升高而减小,主要原因分别是有效电离系数增大导致的电离区域的扩大和高场强区域内碰撞电离能力的增强。当直流电压和电晕起始电压的比值一定时,电晕电流随气压下降、湿度升高而减小;当直流电压一定时,电晕电流随气压降低而增大,随湿度升高而减小。电晕电流和直流电压、电晕起始电压关系式中的系数C随湿度增大的不同变化趋势和正负离子与水分子结合状态的差异有关。

气压和湿度对正直流电晕流注脉冲特性的影响

电晕是输电线路设计和运行中面临的重要问题之一。为此,测量了不同气压和湿度下的正直流电晕流注脉冲幅值和脉冲重复频率,实验结果与利用流体模型计算得到的波形随气压和湿度的变化规律一致。流注脉冲电流平均幅值Im随气压的降低和湿度的增大而减小。随着气压降低,流注头部电离减弱,使得注入流注通道的平均电子密度下降,流注通道内场强平均值E的降低是导致脉冲电流幅值下降的主要原因。随着湿度升高,流注头部电离减弱,使得注入流注通道的平均电子密度下降,流注通道内电导率λ的降低是导致脉冲电流幅值下降的主要原因。低湿度下,正直流流注电晕放电容易转化为辉光电晕,高湿度下,在较宽的电压范围内一直存在流注放电,流注脉冲平均频率随湿度升高显著增大。负离子解离产生自由电子的速率随湿度升高而减小,使得自由电子出现时,正离子已迁移到距离阳极较远的地方,是流注放电可以形成及流注脉冲重复频率随着湿度升高而增大的重要原因。

负直流电晕流注脉冲特性随气压和湿度变化的规律

为得到负直流电晕流注脉冲特性随着气压和湿度变化的规律,建立考虑气压和湿度影响的流体模型,分别利用通量校正运移算法和分块方法求解了1维连续性方程和2维泊松方程。在人工气候罐中,利用棒–板电极,测量不同气压和湿度下的负直流电晕脉冲幅值和重复频率。计算和实验结果表明:特里切尔脉冲平均幅值及分散度随气压和湿度增大而减小。随着气压降低,电子密度增大,电导率升高,电流幅值增大。随着湿度升高,复合和附着作用增强,电子密度减小,电导率降低,电流幅值减小;同时,流注通道中包含的负离子数目减少,对阴极附近场强的影响减弱,使得阴极附近电场在负离子电荷迁移距离较短的情况下便满足新的特里切尔脉冲放电的要求,脉冲的重复频率增大。

交流输电线路导线表面状态的实验研究

导线表面状态是影响其电晕特性的重要因素,研究实际运行后导线的表面状态对输电线路的设计、运行都有着重要的理论意义。为此,选取了华北、华中和华南典型地区的500kV交流输电线路导线及新导线样本进行了表面状态的研究。场发射环境扫描电子显微镜的实验结果表明:实际运行后导线的表面物质成分比新导线大大增加,表面形貌更加凹凸不平;非金属元素主要含有碳、氧、硅、硫,金属元素主要含有铝、铁、钙、钾、钠、镁。表面形貌仪的实验结果表明:与新导线相比,运行后导线的粗糙度增加,同一地区的导线表面粗糙度相差不大,随着运行时间的增加,导线表面粗糙程度有所提高。

长期运行导线交流电晕效应的变化

长期运行导线的电晕效应是输电线路面临的重要问题之一,国内外早期的研究结论不能较好地预测我国长期运行导线电晕效应的变化,为深入研究长期运行导线的交流电晕放电特性和表面状态的内在关系,测量了北京、武汉、广州地区典型的交流500kV长期运行导线表面状态及粗糙程度;分析了长期运行导线表面状态发生变化的原因,即由于大气相对湿度高、年平均气温高、工业污染物较多、离海洋近等因素,造成该地区导线表面粗糙程度升高。通过在电晕笼和模拟架空导线中的初步研究,发现电力系统中长期运行导线的电晕放电程度比新导线剧烈,起晕电压比新导线下降,可听噪声和无线电干扰有所升高。在自然环境较好的地区短期运行导线表面粗糙程度比新导线低,因此其电晕效应比新导线有所改善,这与国外的研究规律一致。

电力系统测频算法比较

较全面地阐述了电力系统频率测量的重要意义和这些年来的研究成果。在初步分析了电力系统频率测量的实质的基础上,以测频主算法的数学原理为线索,对各种测频算法进行了分类和评述,包括数字滤波法中的DFT法,在表示信号频谱特性中具有较大优势,已成为目前电力系统频率测量的主导算法;小波变换法继承和发展了窗口Fourier变换时、频局部化的思想,同时又克服了窗口不随频率变化、没有离散正交基的缺点;其他算法如信号去调制法、过零相位比较法、解析函数法、函数逼近法、人工神经网络法等在实时性、准确性上则不如上述两种算法。建议性地提出了各种测频算法的适用场合,预期为有关人员进行电力系统频率测量时提供一定的参考。最后对电力系统频率测量的发展趋势提出了一些看法。

基于泛复变函数求解Maxwell方程的方法

根据泛复变函数是复变函数在高维情况下的推广形式,将这种方法用于电磁场边值问题的解析计算。并以一个三元高次偏微分方程组和两个电磁场问题求解为例,用提出的方法得到了与经典求解法一致的结果。在待求场域可用偏微分方程(组)、边界条件可用初等函数方程表示的情况下,该方法具有概念清晰、简单便捷的优点。

电晕笼内导线交流电晕起始电压判断方法

导线电晕引起的电磁环境问题是特高压输电线路建设的技术难题之一。电晕起始电压是反映导线电晕特性的重要参数,而当前对电晕起始电压的判断方法并不统一。电晕笼是一种用来模拟实际输电线路电磁环境的经济、有效的工具,为得到比较准确的判断方法,通过在小型电晕笼中,对单根实际输电导线进行电晕实验,同时利用紫外成像仪、局部放电仪、无线电干扰接收机、声级计来检测电晕放电情况,根据各自数据分别求得电晕起始电压,对比各仪器计算得到交流电晕起始电压,验证了其准确性,证明了局部放电仪可用于研究交流导线电晕起始电压。并对比几种测量方法总结出便于工程应用的导线电晕起始电压的判定方法。

相对湿度对绝缘子泄漏电流最大值的影响

为了研究环境相对湿度对绝缘子泄漏电流最大值的影响,以XWP-70、XP-70和LXY-70 3种常用绝缘子为研究对象,在一个湿度可控的试验罐中采用一种可靠的试验方法,试验得到了4种盐密下这些绝缘子泄漏电流最大值随着相对湿度变化的关系;以此为基础,得出了不同相对湿度下绝缘子泄漏电流最大值与饱和受潮情况下绝缘子泄漏电流最大值之间的具体关系,并给出了利用低湿度下监测得到的绝缘子泄漏电流最大值估算饱和受潮情况下绝缘子泄漏电流最大值的表达式。

低气压下流注放电特性的研究

流注的产生和传播是空气间隙击穿中一个重要的物理过程,研究低气压下流注的产生和传播过程有助于理解空气间隙的击穿放电,对高海拔地区输电线路及输变电设备的设计和运行有着重要的意义。在可调节气压湿度的有机玻璃罐中,利用"三电极"结构,应用光电倍增管测量了不同气压湿度下,流注传播概率和平均传播速度随平板间电场强度的变化。通过数据拟合得到了流注稳态传播电场和相对空气密度以及湿度之间的经验公式。建立流体模型,对流注传播的动力学特性进行了仿真计算,得到的流注稳态传播电场及平均传播速度和实验测量得到的结果吻合得很好。结果表明:流注的传播场强随湿度、气压的增大而增大;在相同的电场强度下,流注平均传播速度随湿度、气压的增大而减小。利用仿真计算模型计算得到流注传播过程中的各个参数,分析了流注传播动力学特性随气压湿度变化的机制。

负直流下绞线电晕起始电压分析

电晕放电是输电线路设计和运行中面临的突出问题,电晕放电产生的能量损耗和无线电干扰、可听噪声干扰是线路设计和运行中需要考虑的重要因素。为求解绞线负直流电晕起始电压,采用模拟电荷法计算绞线表面电场,并利用气体放电理论建立模型。绞线表面电场比同等半径的光滑导线要高,利用绞线模型计算电场更接近于实际导线。电晕起始电压计算模型将初始电子崩能否在阴极表面产生一个自由电子触发二次电子崩的发展作为电晕起始电压的判据。利用电晕起始电压计算模型研究了负直流电晕起始电压与气压的关系,电晕起始电压随气压下降减小,主要原因是有效电离系数增大导致的电离区域的扩大。并研究了电晕起始电压与线路导线结构参数———导线半径、线路对地高度、导线分裂数、分裂间距等的关系。

特高压直流复合绝缘子均压环设计

在总结电场分析方法及国内外对复合绝缘子电场计算与均压环设计的研究基础上,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解方法将三维无界场域分解成有界子和无界子区域,用有限元法和模拟电荷法相结合的求解方法,进行±800kV特高压直流输电线路复合绝缘子串沿面电位、电场分布计算及均压环优化设计。应用ANSYS8.0及ANSOFT软件建立±800kV双极直流线路带杆塔的全三维和简化二维模型,计算发现在特高压情况下未安装均压环时复合绝缘子沿面电位及电场的分布极不均匀。对比±800kV和低电压等级的复合绝缘子电位分布的不同发现,电位、电场分布不均匀程度的变化随电压等级的升高、串长的增多有加剧趋势。以均压环结构尺寸为变量,以限制复合绝缘子沿面及均压环表面电场强度的最大值为目标优化设计均压环的结构,以三维模型的计算结果小于起晕场强为满意结果。最后得到均压环结构参数的设计方案,经三维计算模型检验证明复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均在可接受范围内,可满足预定要求。

巡线直升机对500kV交流输电线路电场影响的仿真

电磁安全距离的确定是当巡线直升机靠近导线时确保操作人员安全的有效保证。为此,通过有限元软件的数值仿真,首先对输电线路模型进行简化并应用镜像法对简化模型的有效性进行验证。模拟直升机悬浮于500kV超高压输电线路附近时,对直升机处于输电线路不同位置及不同距离时机身附近电场的畸变情况进行计算。结果表明:无直升机时,输电线路周围空间电场强度与其到最近的导线的距离近似呈反比例关系;有直升机时,直升机上最大电场强度与直升机到最近导线的距离近似呈反比例关系,场强最大值点主要出现在机翼上,大小约为没有直升机时的6～10倍;当直升机在地线附近时,由于地线屏蔽作用使得直升机上电场强度较小,该电场不影响直升机日常巡线。通过直升机上最大场强与直升机到导线距离的关系,确定在不同电场强度限值下直升机巡线的安全距离,当限值为500kV/m时,安全距离约为2.2m。

均匀电场作用下绝缘材料表面流注发展研究综述

绝缘子沿面闪络是输电线路设计和运行中面临的重要问题。流注的产生和发展是绝缘发生先导和闪络前的重要阶段,研究绝缘材料表面流注产生和传播对输电线路绝缘的设计和优化有很重要的意义。绝缘材料流注发展研究采用的实验装置是"三电极"结构,两个极板平行放置用以产生均匀电场,绝缘材料垂直放置在两极板之间,与下极板绝缘的针尖通以脉冲电压产生流注放电,均匀电场中流注的发展很少分叉,可以忽略空间电荷的影响。基于此,综述了绝缘材料表面流注发展的研究现状,介绍了绝缘材料性能、材料外形、外加电场、外加脉冲电压幅值等因素对绝缘表面流注发展的影响,总结了近年来绝缘材料表面流注发展所取得的成果,也提出了研究中尚不能合理解释的现象以及有待深入研究的问题。

采用电晕笼的交流分裂导线起晕电压海拔修正系数分析

电晕笼是用来模拟输电线路导线电晕特性的一种经济、有效的方法。为了深入研究海拔0～3800m范围内交流输电线路电晕起始电压的海拔修正系数,利用可移动式小型电晕笼在武汉、西宁、格尔木、纳赤台进行了多种4分裂导线的电晕特性试验。导线电晕放电后产生了光子,紫外成像仪可以记录光子的数量,从而利用"切线法"求取导线的电晕起始电压。通过武汉、西宁、格尔木和纳赤台4个不同海拔点的导线在干燥条件下的电晕起始电压测量结果,发现它们不适合用GB/T2317.2-2000或GB/T775.2-2003来进行海拔校正,因而提出了工程用指数和线性海拔校正方法,误差<5%,可以满足工程实际需要。

交流电晕脉冲特性随气压湿度变化的规律

随着特高压交直流输电工程的进行,高海拔电晕问题越来越受到关注。在可以调节气压和湿度的有机玻璃罐中,利用棒–板电极,对交流电晕特性随气压、湿度的变化规律进行试验研究。结果表明:交流电晕起始电压均随着气压降低、湿度升高而减小;交流电晕脉冲平均幅值均随湿度升高而减小;正半周流注脉冲平均幅值随气压降低而减小,而负半周流注脉冲平均幅值随气压减少而增大;交流电晕脉冲频率均随湿度升高而增大;随着气压降低,正半周流注脉冲个数没有明显的变化趋势,而负半周流注脉冲频率随气压降低而增大。

环境因素对正直流架空导线起晕电压的影响

电晕放电是输电线路设计和运行中面临的重要问题之一。输电线路跨越高海拔地区,由于海拔高度升高、气压降低,将给输电线路的设计和运行带来很多特殊问题。同时,湿度和温度对输电线路导线电晕特性也有很大的影响。因此研究气压、湿度和温度对输电线路导线电晕特性、放电机理具有重要的学术意义和工程应用价值。利用气体放电理论建立导线电晕起始电压放电模型,系统地分析了气压、湿度、温度对导线电晕起始特性的影响。计算模型采用模拟电荷法计算空间电场分布,然后根据二次电子崩正离子数大于等于一次电子崩正离子数目的起晕电压判据计算出导线起晕电压。计算结果显示电晕起始电压随气压下降、温度升高而减小,主要原因是有效电离系数增大导致的电离区域的扩大;随湿度升高而减小,主要原因是高场强区域内碰撞电离能力的增强。

交流老化导线温升特性改变对载流量的影响

国内对于长期运行的导线老化对其载流量影响的研究鲜有报道,往往根据国外设计标准进行载流量校验,缺乏实际测量数据。针对上述情况,采用我国多条运行多年的交流老化后导线作为样本进行了通流温升实验测量到线路老化后实际载流量变化特性;同时对样本单位长度电阻进行了测量。结果表明老化后导线温升快于新导线,且稳定后温度更高;老化后导线单位长度电阻虽未超过国标限值,但与同型号新导线实测值相比增加4%～14%。根据热平衡方程和实验结果对载流量进行了计算,并反推出导线表面辐射系数,表面辐射系数与参考值相比差异较大,据此估算将使载流量下降约6%。分析认为导线长期运行老化后表面状态改变,形成一定厚度的污质层最终影响了导线的散热效果和单位长度电阻变化。