Analysis of Conductors＇ Surface Electric Field of UHVDC Transmission Lines Based on Optimized Charge Simulation Method

The choice of the UHV lines depends on surface electric field of the bundle conductors.Based on existing calculation methods,the optimized charge simulation method is used to calculate the conductors' surface electrical field of±800 kV UHVDC transmission lines in this paper.During calculation,the offset distance is set as the variance of the objective function,the position and the quantity of the simulation charges are optimized with the gold section method,and the surface electrical field is calculated when the charge is in the optimal position.The result shows that the distribution of the surface electrical field and its maximal value can be calculated accurately with this method,although less number of simulation charges is used in this proposed method and the calculation is simple.

半封闭自由表面式静电纺喷头尖端参数对电场强度及其均匀性的影响

在实验过程中设计的半封闭自由表面式静电纺丝喷头,由于内外2层尖端电场不均匀,导致在纺丝初期外层开始形成泰勒锥时内层依旧是液滴,针对该问题,对此喷头的尖端进行电场分析和优化。利用COMSOL对喷头初始模型进行电场模拟,其尖端平均电场强度为2710 kV/m,CV值为18%。将初始模型的叶片排布优化为对齐镊合和错位镊合并改变其尖端角度,根据实际模型测得外层尖端角度的变化范围为63.90°~160.78°,内层尖端角度变化范围为43.66°~170.22°,利用COMSOL对2种排列从内外层均为70°到内外层均为160°的模型进行电场模拟,将得到的仿真数据拟合成方程,当对喷头施加30 kV电压且接收极接地时,得到对齐镊合且外层为71°、内层为45°时尖端电场强度平均值为5643 kV/m,CV值为11%;错位镊合且外层为117°、内层为45°时尖端电场强度平均值为4773 kV/m,CV值为10%。再经过均匀电场的理论计算得出对齐镊合时喷头中轴线上2个点受到的电场力比错位镊合时分别小8.65%和14.96%,根据仿真模拟和理论计算结果得出,喷头采用对齐镊合且外层为71°、内层为45°时为最优,其尖端电场强度相对于优化前的模型提高了108%,,CV值降低了38.89%,故在同等条件下该模型不会因为内外电场不均匀而导致多射流不同步。实验过程中,改进的2种喷头在30 kV电压下均无液滴。对齐镊合喷头在20 kV电压下可以实现稳定纺丝,错位镊合喷头在24 kV下可以实现稳定纺丝。

覆冰地区分裂与扩径导线表面电场特性

输电线路覆冰对电力系统安全运行具有严重威胁,目前已经发展了多种防冰除冰方法,但每种方法都有其局限性,对于一些具有微气象、微地形特征的重覆冰地区尚未有较好的解决方法。文中考虑到扩径导线的特点和分裂导线输电线路的局限性,根据波阻抗和自然功率将分裂导线等效为单导线,并考虑电流的集肤效应,得到了等效的单根扩径导线,进而分析比较覆冰地区的分裂导线及其等效的单根扩径导线的表面电场特性。研究表明:等效前后导线截面面积相同且波阻抗一致时,扩径导线与分裂导线相比,不仅显著降低了子导线根数和输电线路的覆冰荷载,而且在扩径导线的半径等于分裂导线的等效单导线半径时,扩径导线的表面最大电场强度小于分裂导线。因此,在严重覆冰地区,采用分裂导线等效半径的扩径导线具有非常好的表面电场特性,且可显著降低冰风荷载,提高抗冰强度。

1000kV输电线路分裂导线的电晕分析

随着现在输电线路电压等级的不断提升,电晕现象对线路造成的危害愈发明显。为了预防电晕的出现,搭建分裂导线以及绝缘子串的仿真模型,模拟出不同的天气情况对其进行电位与电场的计算,并根据得到的设备表面电场分布图了解电晕现象发生的原因,得到周围环境的变化将导致设备表面电场强度改变的结论,同时通过分析证得的结论,为不同地区输电线路中绝缘材料的选择提供了有效方法。

一种较准确的分裂导线表面场强计算方法

对于特高压输电线路的设计而言,分裂导线表面电场强度的计算是一个主要问题。基于模拟电荷法,提出了一种计算分裂导线表面电场强度的较准确方法。它采用自适应方法确定模拟电荷的位置,并给出了求取各相导线最大场强的计算公式,可直接计算任意导线表面和空间任意点的最大场强。该方法所用的模拟电荷数较少,计算简单,计算准确度较高。实例计算结果验证了该方法的正确性和准确性。

污秽颗粒对直流输电导线表面电场影响的仿真

导线表面染污是影响直流输电线路电磁环境问题的重要因素。为此,使用有限元分析软件对导线表面存在污秽颗粒时的电场分布情况进行了仿真,重点研究了圆锥、圆柱、球、半球形4种突起的几何参数和相对介电常数对导线表面最大电场强度的影响。仿真结果表明:污秽突起的长度(半径)、顶角以及污染物的介电常数是影响染污导线表面电场强度的重要因素;污秽导线的电场强度较正常值增加5倍;污秽物突起的顶点处场强最高,可导致电晕;圆锥型污秽物电场畸变最严重;污秽导线场强与污秽物介电常数呈正相关。该研究可用于指导污秽地区输电线路的设计。

同塔并架4回输电线路相导线排列方式研究

为研究相导线的排列方式,利用二维静电场有限元模型计算了500 kV同塔并架4回输电线路导线表面和线下距离地面1 m处电场强度,讨论了模型内、外边界长度的选取,对比几种典型相导线排列方式时导线最大平均场强、线路下地面上1 m处最大场强和线路走廊宽度的结果表明,相导线完全逆序不对称排列的方式较好。

电晕笼内多分裂导线电晕损耗

当输电线路的导线表面场强超过空气的击穿场强时,输电线路上就产生电晕放电,导线附近区域的空气放电产生热、光、可听噪声和无线电干扰等,同时伴随着大量的电晕损耗,系统研究线路电晕损耗及其影响因素具有重要的工程应用及理论价值。建立电晕笼内多分裂导线的平面及三维仿真模型,分别对2种模型下的多分裂导线表面电场进行仿真分析,研究了特高压大电晕笼防护段尺寸对多分裂导线表面场强的影响,从而确定大电晕笼防护段最佳尺寸。根据三维模型仿真结果,试验测量电晕笼内多分裂导线在不同降雨率下的电晕损耗,可作为实际线路电晕损耗估算的参考。

特高压交流输电线路分裂导线表面电场计算分析

为研究特高压交流输电线路分裂导线表面电场强度,笔者基于偶极子法,计算了4种典型塔型特高压交流输电线路分裂导线表面电场强度,进而分析讨论了导线对地平均高度、导线布置方式、分裂间距、相间距、分裂数、子导线截面、相序、架设屏蔽线等因素对分裂导线表面电场强度影响的规律和特点。结果表明:分裂导线各子导线由于空间位置不同使得其表面最大电场也不同;分裂导线分裂数、截面对导线表面最大电场的影响最大,导线对地平均高度、分裂间距、相间距离及布置方式对其表面最大电场强度的影响相对较小;双回线路相序排列方式对上、下相分裂导线表面电场强度影响较大,对中相导线表面电场影响相对较小;架设屏蔽线会增大分裂导线表面电场强度。

±800kV特高压直流输电线路带电作业人体体表电场分布特性

±800kV特高压直流输电线路较500kV交流输电线路电压等级更高、电场强度更大,为保证带电作业的顺利开展,亟需对带电作业安全防护进行研究。结合±800kV输电线路典型直线塔和耐张塔的工程实际,采用有限元法建立2种作业人员进入等电位方式的仿真模型,分析塔型、人体姿势和进入等电位方式对人员体表场强分布的影响,并运用ATP软件计算人体离导线0.5m处手抓导线的转移电流。根据计算结果以及屏蔽效率的计算公式,得出作业人员进入等电位的最优方式,并校核不同工况典型作业点应采取的安全防护措施。研究成果可以为带电作业的安全防护工作提供理论参考,具有一定的工程实用价值。

多回高压输电线路产生的无线电干扰分析

在规划设计 ,中关村软件园东侧将建设包括 4回 2 2 0kV四分裂导线、6回110kV单导线构成的 10回高压输电线路。为了评估该高压线路走廊对软件园的电磁环境影响 ,在简述高压输电线路由于电晕产生的无线电干扰的基础上 ,分析单回2 2 0kV四分裂导线、2 2 0kV不采用分裂导线两种情况下的无线电干扰水平 ,由此估计该 10回输电线路产生的无线电干扰水平。结果表明 ,该高压线路走廊产生的无线电干扰水平符合国家标准GB15 70 7 1995《高压交流架空送电线无线电干扰限值》相应的要求。

导线表面最大场强对直流输电线路电磁环境的影响分析

介绍了高压直流输电线路导线表面最大场强和线路电磁环境参数的计算方法。针对±660kV直流输电线路，分析了导线表面最大场强对地面合成电场、地面离子流密度、无线电干扰和可听噪声的影响。得出正极导线电压在620～680kV之间变化时．随着导线表面最大场强的增大．地面合成电场和地面离子流密度分别增加1．2倍和2．8倍；导线表面最大场强对无线电干扰和可听噪声的影响相对较小．分别增加17％和0．3％。±660kV直流输电线路在额定电压范围内运行时．电磁环境指标不会超出《高压直流架空送电线路技术导则》的规定。

基于MATLAB构建点电荷系的电势与电场强度分布图

用MATLAB程序演示了多个点电荷组成的点电荷系激发的电势分布立体图和场强分布图,结合图像探讨了电荷对称分布情况下,点电荷系的等势面及电场分布的特点以及场强与电势之间的关系。

特高压输电线分裂导线表面电场及起晕分析

输电导线起晕的重要判别条件是导线表面电场强度是否达到临界值。为研究分裂导线表面电晕分布情况,根据单相八分裂导线起晕电压试验值,先运用模拟电荷法计算了1 000 kV特高压八分裂子导线表面每个匹配点的电场强度值,然后与用经验公式计算出的临界场强对比,找出子导线表面的电晕分布区域,并计算出了该域内的起晕点个数、起晕角度、占导线表面比等数据以及子导线半径、导线高度对起晕分布的影响。分析计算表明:每根子导线在表面有限范围内起晕,且占整个导线表面积的30%～40%;对地高度越高子导线表面起晕范围越大,子导线半径对起晕范围也有一定影响。通过研究工作,期望对分析导线的电晕损耗等问题提供有力的帮助。

500/220kV同塔四回输电线路带电作业电场仿真分析

500 k V与220 k V交流同塔四回输电线路与单一电压等级超高压线路的空间分布具有较大区别,线路带电作业电场环境更为复杂。笔者采用有限元法仿真计算同塔四回输电线路典型带电作业位置的电场分布特点,通过建立人体仿真模型,计算分析等电位和地电位典型作业工况下人体不同部位的电场强度,进而确定带电作业人员安全防护措施。结果表明,等电位作业时需穿屏蔽效率为40 d B的防护服,地电位作业人员穿戴常规防护服可满足作业要求。

复合阴极材料发射特性分析

基于对爆炸发射点火机制的分析,提出了介质增强场致爆炸发射的设想,研制并实验研究了金属-介质复合阴极的电子发射特性;同时,基于对表面闪络爆炸发射机制的分析,研制出了石墨-碳纤维复合阴极并进行了初步实验研究。研究结果表明,金属-介质复合阴极与石墨-碳纤维复合阴极电子发射密度均超过17 kA/cm2,使用寿命预计超过105次。

单极高压直流输电线路电场强度计算

通过改进Sarma计算方法和引入分裂导线的作用,运用解析法计算了高压直流输电线路的电场强度,并分析了线路几何参数的影响.结果表明,电场强度随距导线距离的增加而急剧衰减,地面最大电场强度位于导线垂直投影处.次导线半径和导线对地高度对电场强度的影响较明显,次导线半径越大,导线越高,电场强度则越小.次导线布置形式和导线分裂间距对电场强度的影响很小.在不同次导线半径下,最大电场强度与运行电压呈近似线性关系.在不同导线对地高度下,最大电场强度与运行电压呈发散状的非线性关系.将解析法计算结果和有限元法计算结果进行比较,两者吻合较好.

1000 kV紧凑型输电线路导线排列方式优化

特高压紧凑型输电技术对于压缩输电线路走廊宽度、提高输电线路自然输送功率、降低单位输送容量的工程造价具有重要价值。作为紧凑型技术的重要方法,导线排列方式的优化有利于进一步提高线路输送容量,改善输电线路周围的电磁环境。提出了一种1 000 k V紧凑型输电线路的导线排列方式优化方法,该方法以提高自然功率和单位截面积自然功率为目标,并考虑工程实际约束,建立多目标不等式约束的非线性优化模型,通过模型求解得到导线优化的初始方案。在初始方案的基础上,采用粒子群优化方法对初始方案的子导线排列进行了非对称优化,对比分析了优化前后导线的电磁环境因素以及线路的电气参数,并利用有限元分析方法对优化排列后的导线表面电场强度进行了仿真验证。

典型带电体电势与场强矢量分布图的建立

用Matlab程序演示了点电荷-导体球系统、均匀带电球面、有限长均匀带电细棒和无限长均匀带电直线的电势分布和场强矢量场图,结合图像探讨了典型带电体周围的等势面和电场分布的特点,使电磁学内容直观、形象。

电场作用下CaCO3污垢特性的实验研究

为探讨电场作用下换热表面上CaCO3污垢的结垢特性,以人工配制的CaCO3溶液为研究对象,通过改变作用于实验段的电场大小,研究电场作用下CaCO3污垢在不锈钢换热表面的结垢规律。结果表明,有无电场作用下污垢热阻曲线均没有明显的诱导期出现,随着电场强度的增大,CaCO3污垢的结垢速率先减小后增大,污垢热阻渐近值也表现出先减小后增大的趋势。当电场电压为3000V时抑垢效果最佳,与不加电场时相比,污垢热阻渐近值下降58.3%。垢样的SEM图片表明,在无电场作用时,碳酸钙污垢形貌为不规则细长针状、团簇状、棱角比较清晰的文石结构。电场作用时,碳酸钙污垢以块状、粒状和斜方六面体形状存在,呈现典型的方解石结构。