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.

Research Progress of Electromagnetic Field and Electromagnetic Compatibility of UHVDC Converter Valves

特高压直流换流阀的电磁场和电磁兼容性是其研制过程中的关键问题,国内外学者对此进行了系统研究。中国电力科学研究院成功研制出中国首个具有完全自主知识产权的800 kV/4 750 A特高压直流（ultra high voltage directcurrent,UHVDC）换流阀。针对电磁场和电磁兼容问题,利用三维电场边界元法实现换流阀寄生参数的提取,通过理论计算、数值仿真及试验测试等多种手段,对瞬态电磁干扰等问题提出了解决方案,为换流阀的研制和工程应用提供了必要的技术支撑。总结了上述领域的研究成果,对未来特高压直流换流阀电磁兼容领域的研究课题与解决方案提出了一些建议和设想。

VERTICAL ANTENNA EMBEDDED IN EARTH WITH CONDUCTIVE COATING

A vertical antenna embedded in earth with conductive coating has been investi-gated by employing the method of integral equation.This topic is available to EM-MWD(Elec-tromagnetic Measurement-While-Drilling)system,which is a new real time system for drillingmeasurement.Under the condition that the wave number of the earth is much larger than that ofthe air,a current integral equation has been derived.After the current distribution having beendetermined,the electric field strength on the earth surface has been predicted and its dependenceson the operating frequency and the depth of the well have been discussed as well.

界面黏接对软电介质薄膜临界击穿场强影响的试验研究

软电介质薄膜因模量低、可大变形、适应性强等特点,被广泛应用于电气和电子系统中。但由于材料的介电常数较低,通常需要在较高的电场环境下服役。在高电场环境下,软电介质薄膜易产生失稳和电击穿破坏,影响着材料的应用范围和稳定性。本研究针对电极对软电介质薄膜有无约束两种情况对此类器件的稳定性展开了研究:首先定量描述了电极对电介质无约束时,电压加卸载过程中失稳形貌的演化规律;其次讨论了例如氯化锂水凝胶等软电极对薄膜力电失稳的抑制,并利用化学黏接的方式增强水凝胶电极对电介质薄膜的约束,提升了电介质薄膜的临界击穿场强。

交流GIS用支柱绝缘子绝缘结构优化设计

支柱绝缘子作为气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中重要的支撑部件,其绝缘性能影响着GIS的可靠性和稳定性。本文以工程GIS用支柱绝缘子为研究对象,选取绝缘子表面切向电场强度作为绝缘性能指标,分析了绝缘子伞裙的数量、起始位置、根部半径、顶部半径参数以及收缩伞裙结构对绝缘性能的影响。结果表明:通过增设伞裙,绝缘子切向电场分布呈现波峰、波谷震荡,有利于阻碍绝缘子沿面放电的发展。最大切向电场强度随伞裙数增加而增大,随伞裙起始位置距高压电极距离增大而减小,其位置随伞裙根部半径变化发生转移。优化结构与原始结构相比,其沿面最大切向电场强度由12.66kV/mm下降至9.69kV/mm,降幅为23.5%,通过负极性雷电冲击考核及裕度试验,绝缘裕度高达1.3倍以上。

交流GIS用紧凑型盆式绝缘子沿面绝缘特性研究

盆式绝缘子作为气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中核心元件,在保证绝缘强度前提下,为了减小设备体积,减少SF6气体使用量,文中以工程实际GIS用盆式绝缘子为研究对象,基于沿面电场优化开展了紧凑型盆式绝缘子方案设计,重点研究了盆子中心导体处倾斜角度、高压屏蔽电极根部到盆子中心导体距离及盆式绝缘子侧壁角度对切向场强的影响。仿真结果表明,紧凑型盆式绝缘子凹、凸侧面切向场强呈现单双峰结构变化,凸侧面最大切向场强大幅上升,整体最大切向场强降低5.5%;中心导体处倾斜角度为6°~8°时,凹面侧最大切向场强取得极小值。通过对文中设计的紧凑型盆式绝缘子进行负极性雷电冲击考核及裕度试验,绝缘裕度不减反增,高达1.35倍,为紧凑型盆式绝缘子的工程推广提供参考。

三支柱绝缘子的设计与研究

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)是一种可以克服输电走廊复杂环境限制、实现城市中心大容量输电的高电压电力传输设备。GIL主要包括三支柱绝缘子、微粒捕捉器、壳体及导体等。三支柱绝缘子作为GIL的关键零部件之一,其电气性能及机械强度直接影响着GIL的运行稳定性。从GIL整体结构设计入手,详细论述了550 kV GIL三支柱绝缘子的优化设计过程,并以电磁场理论为基础对三支柱电场进行仿真解析。通过引入“电场面积”的概念,对比不同尺寸下三支柱沿面电场强度阶梯下的面积大小,得出最优结构。该设计解决了三支柱绝缘子沿面放电的问题,为GIL的开发及应用提供参考。

1000kV交流单回紧凑型输电线路电磁环境研究

紧凑型输电线路可较大幅度提高自然输送功率,有效压缩输电线路走廊宽度,提高单位走廊利用率,是今后我国特高压输电技术发展的方向之一。为此,对特高压单回紧凑型输电线路导线等边倒三角布置的电磁环境进行了全面研究,综合考虑电气、导线次档距振荡两方面特性和线路经济性等因素,确定了7种较优的导线结构及其分裂间距。建议特高压紧凑型采用与特高压常规线路相同的控制指标,计算了不同导线结构的工频电场、磁感应强度、可听噪声和无线电干扰水平,获得了满足电磁环境要求的导线结构和相间距离,通过比较线路损耗和自然功率等指标确定了10×500与12×400两种较优的导线布置方案,并与特高压常规单、双回线路进行了比较。研究表明特高压紧凑型线路采用10×500导线、相间距离14.9 m时其自然功率较常规单回路典型布置可增加约26%,同时可大幅减小输电走廊,单位走廊输送容量为后者的2.80倍。

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。

直流离子流场的有限元迭代计算

针对高压直流输电线下方地面处电场强度及离子流密度的问题,采用有限元迭代方法求解了双极离子流场控制方程。将正负极电流连续性方程合并,减少了计算的复杂度。利用圆筒电极问题,将该文计算结果与解析解进行对比,验证了算法的有效性。将方法应用于200kV直流输电线路模型的计算,并与文献测量结果进行对比,计算结果与实测结果较符合,认为误差主要与测量环境有关。利用该文方法计算了实际±500kV直流输电线路离子流场问题,并分析了导线对地高度、极间距变化时地面电场强度和离子流密度的变化情况,结果显示,随导线高度升高和极间距减小,地面处最大电场强度和离子流密度随之减小。

特高压SF_6气体绝缘套管内屏蔽结构研究

为了研究特高压SF6气体绝缘套管内屏蔽结构的电场分布特性并制定合理的结构设计方案,通过对特高压SF6气体绝缘套管进行有限元电场分析,研究了边缘效应和结构参数对内屏蔽电极表面电场的影响。在此基础上,针对仅通过控制电极表面电场进行内屏蔽结构设计的局限性,研究了SF6局放起始电场强度对内屏蔽结构设计的影响。结果表明:内屏蔽电极边缘外形对电极边缘电场强度影响较大,而对电极中部电场强度影响较小,因此进行内屏蔽结构设计需要考虑边缘效应对电极表面电场的影响,将边缘外形设计和电极尺寸设计分开进行;此外,边缘外形对边缘SF6局放起始电场强度影响较大,在进行边缘外形设计时需要综合考虑表面电场强度和局放起始电场强度的影响。

水平导线上交变电流产生的电场强度计算方法

输电线路导线上传输工频电流、谐波电流、电晕电流和载波电流时,这些交变电流在周围空间产生交变电磁场,可能会对附近电气设施构成电磁影响,而电磁影响研究的关键之一是电场强度。研究输电线路导线上交变电流在周围空间产生交变电磁场,首先将"单导线–大地"回路产生的交变电磁场作为基本模型,多根导线产生的交变电磁场即为各单根导线产生交变电磁场的合成。基于此,介绍了水平单导线上交变电流产生的电场强度水平分量的计算方法,进而在索末菲尔德(Sommerfeld)水平偶极子场理论基础上,推导了电场强度的垂直分量,采用第2类1阶贝塞尔函数和1阶斯特鲁夫函数来表达索末菲尔德型积分,这既在理论上统一了电场强度水平分量和垂直分量的表示方式,也为数值计算提供了方法,可供工程计算参考。

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。

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。

表面污秽对交流导线电晕损失特性的影响规律

为研究长期运行交流输电导线表面附着的污秽物对导线电晕特性的影响,采用尺寸为1.8m×1.8m×4m的电晕笼,对钢管表面分别涂有不同质量颗粒度的高岭土、碳颗粒、沙颗粒的电晕损失进行了测量。试验结果表明:污秽物的相对介电常数、颗粒度、沉积量是影响交流导线电晕损失的重要影响因素;污秽导线的电晕损失随着相对介电常数的增加而显著增加,随着同种污秽颗粒的颗粒度变大而随之增大,但增大趋势没有相对介电常数的影响明显;随着污秽物沉积量的增加而增加。采用Ansys软件对模拟导线表面电场进行了仿真,结果表明:污秽颗粒顶部最大电场强度随相对介电常数的增加而增加,随球形污秽颗粒度的增加而减小,随着锥形污秽颗粒度的增加而增加。

基于边界元法的输电杆塔上分裂导线表面电场数值计算

为了比较准确计算输电导线附近电磁环境,为优化杆塔和线路提供参考,对输电杆塔附近的分裂导线表面电场进行数值分析。根据杆塔的特点,设杆塔模型由一系列圆柱形导体组成,并把圆柱形导体设为线单元。把分裂导线圆柱形表面设成面单元,采用线-面混合边界元法把杆塔和导线作为一个系统进行计算。针对导线表面剖分单元的特点,在高斯积分方法上提出了改进措施,即在剖分单元比较长的方向上增加高斯点,减少计算内存提高效率。同时考虑计算模型两边输电导线的影响和大地镜像的影响。计算结果表明:采用线-面混合边界元法,可以比较准确有效地计算出杆塔附近导线表面电场分布;杆塔附近分裂导线表面电场会明显增大,并随着距离杆塔越来越远,杆塔影响迅速减小,中间相导线受杆塔影响比较大;正常高斯积分长宽比值小于16倍时才比较准确,改进高斯积分后,剖分单元长宽比值64倍时结果仍然比较准确,显著提高了计算精度和效率;当半无限长导线距离计算点较近时对计算结果产生的影响比较大,距离计算点较远时产生的影响比较小。

基于静电喷雾的金刚石磨粒微表面均布特性研究

目的改善精密/超精密成形磨削中砂轮存在磨粒分布不均匀的问题。方法仿真分析针-环电极空间电场强度的分布特性,以及喷嘴轴线上场强随喷嘴直径、环状电极直径、电极间距的变化规律。金刚石磨粒均匀分散在静电喷雾溶液中,在高压电场和压力泵的作用下将喷出形成微表面。通过网格分析法和截距法定量分析金刚石颗粒微表面分布的均匀性。结果针-环电极产生的空间电场是对称分布的,电场线集中分布在喷嘴附近,其电场强度沿轴线向外急剧降低。由于尖端效应,喷嘴直径减小,其尖端处的电场强度明显增大;电极间距增大,喷嘴处的场强降低。网格计数法中,网格划分得越细,微表面颗粒分布偏差越大,即分布均匀性越差,但更能反映真实的颗粒整体分布情况,且各偏差曲线分布的趋势基本相同,仅在液体流量20 m L/h处出现了与理论的变化规律不符合的情况。截距法中,当液体流量增大时,颗粒间距离偏差值逐渐降低,且在液体流量20 m L/h处明显下降。结论在金刚石颗粒微表面分布的定量化分析中,网格计数法只能体现区域分布的均匀性,而对某块区域内颗粒的距离不敏感,无法区分颗粒聚集的情况,导致计算结果出现偏差。截距法则对颗粒的间距比较敏感,因此有效地结合网格计算法和截距法可以对金刚石磨粒的分布情况做出准确分析。

特高压六相输电线路工频电场强度计算

为研究特高压六相输电线路表面电场和空间电场的特性,参考特高压同塔双回输电线路杆塔结构,计算设计特高压六相输电系统杆塔典型尺寸并选取分裂导线型号。在此基础上,考虑分裂导线中各子导线间的相互影响,计算特高压六相输电导线表面最大场强和线路下距地面1 m处的空间电场分布,并将计算值与相应电压等级的同塔双回线路进行比较,结果表明特高压六相输电导线表面场强和线路下距地面1 m处的空间电场均优于同塔双回线路。故特高压六相输电线路具有更好的环保性能。

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。