地磁感应电流多学科交叉研究进展

地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GIC)是指地球变化磁场在地球表面导体中产生的感应电流,可对电网、油气管道、高铁等人造基础设施造成严重破坏,包括电力系统失效、通信干扰和电子设备损坏等,影响其稳定运行和功能。研究GIC的意义在于深入理解其产生机理及影响因素,为制定相应的预防和应对策略提供科学依据。论文在深入总结GIC研究进展的基础上,详细阐述了GIC的产生机理及影响因素,包括宇宙空间、地球环境和电力系统对GIC的影响;概述了GIC的研究现状,分别从空间物理、地球物理和电气工程领域对GIC进行了综合评述;进而详细介绍了GIC估算的步骤,包括地磁场数据与建模、地电场和导体中GIC的计算;并重点分析了不同地球物理参数对GIC估算结果的影响以及互相之间的差异;最后,对GIC研究面临的挑战、地球物理在相关问题解决中的潜在贡献以及研究未来进行展望。

地磁感应电流作用下三相五柱变压器无功功率定量分析

无功功率作为电力系统运行重要指标,其波动影响电力设备的安全稳定运行以及整个系统的电压稳定。为分析三相五柱变压器在地磁感应电流作用下的无功功率分布,根据变压器的实际参数,通过串联电阻及电压补偿的办法,建立三相五柱变压器磁场-电路耦合有限元计算模型,对不同大小地磁感应电流下的变压器无功功率进行定量分析。通过计算三相五柱空载及额定负载下无功功率的分布以及单相自耦变压器无功功率,发现随着地磁感应电流的增大,三相五柱空载及负载无功功率特性曲线均大体呈线性增加,且单相自耦变压器相较于三相五柱变压器无功曲线对于地磁感应电流更为敏感。并结合不同芯柱结构变压器的磁路特点,分析了无功差异变化的原因。研究结果可为地磁感应电流作用下三相五柱变压器稳定运行提供参考依据。

500 kV直流输电线路下方施工设备及人体感应电研究

针对500 kV同塔双回直流输电线路下方感应电相较于交流线路难以准确分析的问题,研究了同塔双回直流输电线路下方基础施工设备感应电分布规律及施工人员感应电防护措施。采用Solid Works和Ansoft Maxwell混合建模技术,分析了灌注桩基础设备感应电特性、工程施工装备对电场畸变的影响特性和线路下方施工人员位于不同位置时人体周围及体表的电场强度分布,结果表明:灌注桩钢筋笼和基础施工设备的存在会使线路下方的电场发生畸变,且越靠近杆塔畸变率越高,最大电场畸变率分别为75.54%和107.67%;人体体表及周围电场强度与杆塔距离相关,最大可达3830.01 mV/m。

多道次拉伸和感应电流处理5052铝合金的力学性能和显微组织演变

提出一种多道次拉伸和感应电流处理(IEPT)相结合的复合成形方法,采用TEM和EBSD揭示感应电流对材料显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,采用4次拉伸5%和拉伸后放电,材料伸长率比原始材料增加145%。预拉伸试样经过IEPT处理后,强度下降、塑性提高,材料的位错密度下降,晶粒变形结构向亚结构转变,同时晶粒尺寸略有增加。感应电流减弱材料的各向异性,出现新的<111>//TD织构。电塑性效应和焦耳热效应的结合增强位错运动和空位移动。采用ANSYS软件模拟板料的温度分布,最高温度达到144.7℃。材料强度的理论计算结果与实验数据一致。

优化改进物理实验提升科学探究能力——以“探究影响感应电流方向的因素”实验为例

“科学探究”是基于观察和实验提出物理问题、进行猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释,以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。如何在实验探究中提升学生的科学探究能力是一个重要课题。文章以“探究影响感应电流方向的因素”实验为例,分析实验探究中发现的问题,并提出实验探究的改进措施,让学生经历完整的科学探究过程,提升学生的科学探究能力。

践行新课程标准理念 创新物理实验设计——以沪科版中“科学探究:怎样产生感应电流”为例

在教学中落实教新课标理念,多途径挖掘物理实验资源,选择DIY科技作品和儿童玩具等适合学生发展需要的各种学习材料,精选有价值的实验课程内容,通过自制教具、身边的物品等,创新设计激趣实验,通过情境引入、建立物理模型、调查小水电站等课堂实验和课后实践活动,充实学生的学习资源,践行新物理课程标准理念,培养学生的物理核心素养。

手持感应电刺激对高血压脑出血患者吞咽功能的影响

目的分析手持感应电刺激对高血压脑出血患者吞咽功能的影响。方法本研究为随机对照试验。选取2021年1月至2023年1月期间郑州市第九人民医院收治的高血压脑出血患者118例为研究对象,采用随机数字表法分为观察组和对照组,各59例。对照组中男性35例,女性24例,年龄(52.13±6.34)岁,发病至就诊时间(11.32±1.30)h;观察组中男性33例,女性26例,年龄(51.65±6.20)岁,发病至就诊时间(11.44±1.13)h。两组均在手术治疗后给予营养神经药物治疗,对照组联合常规康复训练,观察组在对照组基础上联合手持感应电刺激治疗,两组均治疗6周。比较两组患者治疗前3 d和完成治疗后3 d的舌肌压力、功能性经口摄食量表(FOIS)、Rosenbek渗漏/误吸量表评分,比较两组患者完成治疗后3 d内的临床疗效及治疗期间的并发症发生情况。采用t检验、χ^(2)检验。结果完成治疗后3 d,观察组的舌压平均值、舌压峰值均高于对照组[(49.85±7.65)kPa比(38.95±6.77)kPa、(56.98±5.69)kPa比(46.58±4.77)kPa],舌压持续时间长于对照组[(18.49±4.23)s比(13.56±4.11)s],差异均有统计学意义(t=2.549,P=0.016;t=2.292,P=0.036;t=3.376,P=0.001);观察组的FOIS评分高于对照组[(5.16±1.72)分比(3.54±1.45)分],Rosenbek渗漏/误吸量表评分低于对照组[(2.34±0.84)分比(3.61±0.92)分],临床总有效率高于对照组[91.53%(54/59)比64.40%(38/59)],并发症总发生率低于对照组[6.78%(4/59)比27.12%(16/59)],差异均有统计学意义(t=2.858,P=0.004;t=2.186,P=0.039;χ^(2)=7.355,P=0.019;χ^(2)=11.265,P=0.007)。结论手持感应电刺激治疗能够改善高血压脑出血患者的舌肌压力和吞咽功能,减少误吸相关并发症发生,改善临床疗效。

着眼学生思维培养的“探究影响感应电流方向因素”的实验改进

针对“探究影响感应电流方向的因素”的实验方案和实验器材,基于学生的思维基础进行改进,让学生通过实验现象顺利转化探究的角度,培养学生探究能力。排除干扰因素,利用小磁针直观地反映感应电流的磁场方向,优化实验方案,提高了实验效率,有效激发了学生的学习兴趣。

平行线路感应电压电流的矩阵精确计算

平行线路间的感应电压、电流数值是线路接地开关选型的重要依据,目前采用的近似理论方法结果不够准确。为提升计算结果的准确性,以同塔双回线路为研究对象,基于相模变换原理、传输线方程和分块矩阵理论,提出了一种可准确计算平行线路感应电压、电流的新方法。该方法考虑线路首末端及各相感应电压、电流的差异,其基本原理同样适用于多回平行线路。采用所提方法计算某330 kV同塔双回线路的感应电压、电流,并与ATP仿真结果进行比较,结果表明,所提方法能够从技术、经济层面为平行线路选择合适的接地开关。

高压交流输电线路曝露场强限值下人体感应电场和感应电流分析

人体处于高压交流输电线路下方时,会产生静电感应和电磁感应。当感应电压和感应电流数值过大时,会对人体造成伤害,为此国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)以及IEEE规定了人体在高压输电线路不同曝露情形下的曝露场强限值。首先运用有限元法,考虑人体对地绝缘和人体接地2种情况,分析了高压输电线路曝露场强典型限值下人体所产生的感应电压和感应场强的大小;接着利用解析法计算了不同曝露限值下的人体感应电流、感应电荷密度以及感应电流密度;最后将计算结果与ICNIRP导则给出的曝露限值进行了比较。结果表明,人体处于职业曝露限值场强10 kV/m下,人体内部最大感应场强为2.082×10-3 kV/m,感应电流密度为0.176 m A/m2,接近或低于ICNIRP导则规定的限值范围,不会对人体造成不适感。

特高压同塔双回线路感应电压、电流仿真分析

特高压同塔双回输电线路因其相间和回间距离小而存在较大的感应电压、电流,会直接影响线路检修、运行和接地开关设备的选型。为此,以浙北—上海特高压同塔双回输电线路为例,建立了特高压下同塔双回输电线路模型,计算了同向全换位和逆向全换位在不同负荷电流下的感应电压、电流。当负荷电流为3500A时,逆向全换位的最大静电感应电压为25.36kV,静电感应电流为5.73A,电磁感应电压为1.33kV,电磁感应电流为41.79A。计算结果表明:增加回间距离及采用逆向全换位可以在一定程度上减小感应电压、电流幅值。当停运线路两端接地时,线路中部仍有0.77kV的感应电压,运行线路断路器分闸操作也会在停运线路上产生感应65.96kV的暂态过电压,在进行线路检修、运行及设备选型时需引起注意。

126kV二氧化碳GIS快速接地开关感应电流开断特性研究

“双碳”目标背景下,研制无氟开关设备意义重大。该文采用二氧化碳(CO_(2))作为快速接地开关灭弧介质,建立电弧数学模型,开展126kV电压等级快速接地开关电磁感应电流开断仿真研究,分别计算无气吹、气吹辅助熄弧结构的快速接地开关感应电流开断过程气室压强、电弧温度、弧后介质绝缘恢复强度,分析讨论气缸半径、分闸速度、充气压强对快速接地开关开断能力的影响,提出适用于CO_(2)介质的快速接地开关熄弧结构设计方案。研究结果表明:与无气吹熄弧结构和吸气式辅助熄弧结构相比,采用压气式辅助熄弧结构的CO_(2)快速接地开关开断能力最强;增大气缸半径、提高分闸速度、增加充气压强均可进一步提升CO_(2)的熄弧性能。当气缸半径为45mm、分闸速度为2.55m/s,充气压强为0.8MPa时,压气式辅助熄弧结构CO_(2)快速接地开关可在燃弧后的第一个电流零点将电磁感应电流成功开断,弧后绝缘强度恢复速度为26.33kV/ms,高于标准规定的瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)23.34kV/ms的标准值。制作模型样机,验证了计算结果准确性,考核了样机的感应电流开合能力。研究结果成功指导并研制出一台126kV CO_(2)气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)用快速接地开关,具备B类感应电流开合能力。

平行线路感应电压电流近似计算方法

针对目前常用的平行线路感应电压、电流近似理论存在计算方法考虑因素不全、结果不准确等问题,基于叠加原理,提出一种新的精确计算方法,分别计算感应电压、电流,并提出一种便于工程应用的近似计算方法。使用这2种方法对某330 kV同塔双回线路感应电压、电流进行计算,结果表明:线路电阻对感应电流的影响不可忽略;近似计算方法能够满足工程需要。

短初级六相直线感应电机感应电势计算方法及不对称规律研究

针对电磁发射领域短初级直线感应电机(short primary linear induction motor,SPLIM)的纵向端部效应引起的感应电势不对称现象,首先基于一维场理论分别对正序和负序电流激励条件下的SPLIM气隙电磁场进行推导及计算分析,得到气隙电磁场解析表达式,并将其计算与有限元计算值比较,结果表明,解析计算值与有限元结果精度相当。然后给出基于气隙磁密和绕组分布函数的感应电势计算方法,同时给出对称电压激励条件下初级绕组感应电势的计算流程,并通过有限元和试验进行验证。在以上分析基础上,将气隙磁密分解为基本行波磁密、入端正向行波磁密、出端反向行波磁密3部分,深入分析感应电势不对称机理以及感应电势不对称随系统设计变量变化规律。提出的基于磁密分解和绕组函数计算感应电势的方法,可为此类电机的设计、分析、控制提供一种新的思路。

500kV江门换流站至顺德变电站线路工程感应电压电流的研究

基于佛山和江门土地资源异常紧张、线路走廊匮乏的问题,架设同塔多回路输电线路可以有效提高单位走廊的输送容量,节省线路走廊,但是回路间耦合大大加强,线路停运时,运行回路将在停运回路上产生较高的静电感应和电磁感应,为此,对500 kV江门换流站至顺德变电站送电线路工程的500 kV、220 kV同塔四回路的感应电压、电流进行计算,所得结果表明共塔的500 kV线路及220 kV线路的感应电压、电流均超过B类接地开关的额定参数,220 kV顺吉线的感应值甚至超过500 kV换顺线,针对这种情况,建议对相关变电站的接地开关进行改造。

AT供电复线接触网V型天窗作业感应电的分析与预防措施

AT 供电复线电气化铁路接触网 V 形天窗作业时,由于上下行之间的导线之间及导线与大地之间的电磁耦合和静电耦合会在停电线路上产生感应电,将会导致作业人员发生触电事故而导致伤亡,为此在分析接触网 V 形作业感应电的产生机理的基础上,提出来一些防范感应电的措施。

500kV同塔双回输电线路下平行运行0.38kV线路时的感应电压和感应电荷

高压输电线路下存在不接地的并行运行低压线路时,由静电及电磁耦合产生的感应电压和感应电流会危及到低压线路上的检修人员。为此,利用EMTP仿真软件,以同塔双回的500 kV高压输电线路为例,计算分析其在不同正常运行情况下,380 V低压线路的感应电压值及其感应电荷量。计算表明,运行电流变化时380 V线路上的感应电压约为39.25 kV;高、低压线路平行运行长度l变化时,低压线路的感应电压约为40 kV,且h的变化对其影响不大;偏离杆塔中心距离d变化时,低压线路的感应电压由39.75 kV逐渐降低。低压线路的感应电荷量最大值出现在d为40 m附近时,电荷量为25 n C/m。试验验证表明仿真结果的误差<8%,从而验证了仿真计算结果的有效性。所得的计算结果可供线路运行人员实际检修工作参考。

超/特高压交直流输电线路下方低压配线上的感应电压和电流计算

为保障低压配电线路检修作业安全,有必要研究低压配线在停运检修状态下的感应电压和电流。采用EMTP建模仿真,分别计算了上海地区4个超/特高压交、直流输电工程线路下方平行架设的380 V低压配线上的感应电压、电流,对影响感应的因素进行了分析,并设计研发了低压配电线路感应电压消除装置。仿真结果表明,超/特高压交、直流线路在其下方停运的380 V配线上产生较大的感应电压和电流,感应电压最高可达30~70 k V。试验结果表明,低压配线感应电压消除装置在线路停运时将其两端接地,能有效消除配电线路上的感应电压。

单芯柔性电缆屏蔽层感应电压及电流的研究与应用

单芯柔性电缆线路不停电作业方法是配网设备运维检修的一项重要内容,但由于电缆屏蔽层感应电压与电流的存在,给带电作业人员带来了一定的安全隐患。因此,本文从电缆的结构与作用以及旁路作业的基本原理出发,对单芯柔性电缆屏蔽层感应电压和电流进行了分析,提出了限制电缆屏蔽层感应电压及电流方法,提高了旁路系统的人身和设备安全、效率以及检修作业的便利性。

氧化还原石墨烯基微流体发电机感应电势影响因素的研究

采用不同浓度的分散液制备了氧化还原石墨烯基微流体发电机,测得了不同NaCl溶液流体流速时的感应电势.根据Nernst-Planck方程建立了工作电极表面扩散层内Na^(+)离子浓度与感应电势之间的量化关系.基于不同流体流速时所测得的感应电势值,分析了流体流速-Na^(+)离子物质输运及其吸附浓度-微流体发电机感应电势之间的影响关系.引入表面纹理纵横比(Str)和最大高度(Sz)等特征参数量化表征了氧化还原石墨烯薄膜的表面形貌,研究了分散液浓度-氧化还原石墨烯表面形貌-工作电极表面Na^(+)离子吸附量-微流体发电机感应电势之间的内在规律.当NaCl溶液流体流速为50μL/min、氧化还原石墨烯浓度为1 mg/mL时,微流体发电机感应电势可达−343 mV.研究结果不但有助于碳基微流体能量收集器工艺参数的优化及性能改进,还有利于与微流道相关的光降解器、离子敏传感器和电化学葡萄糖传感器等器件性能的提升.