Research on Total Electric Field for DC Lines Converted from Double-Circuit AC Lines

With rapid growth of power demand, transmission capacity is also in urgent need of upgrading. In some cases, converting existing AC transmission lines to DC lines can Improve the transmission capacity and reduce the construction investment. In this paper, the upstream finite element method was expanded to calculate the total electric field of same tower multi-circuit DC lines converted from double-circuit AC lines, and the validity of the algorithm was confirmed by experiments. Taking a DC line converted from a typical same tower 500 kV double-circuit AC transmission line as an example, the surface electric field and the ground total electric field in different pole conductor arrangement schemes were calculated and analyzed, and the critical height of pole conductors for DC lines in residential and non-residential area were determined. Then, the corridor width of DC and AC lines at critical height in residential and non-residential areas before and after AC-DC line transformation were compared. The results indicate that for DC lines converted from common 500 kV double-circuit AC lines, the ground total electric field can meet the requirements of corresponding standard with appropriate pole conductor arrangement schemes.

Fabrication of Conductive Domain Walls in x-cut Congruent Thin-film Lithium Niobate Using an Electrical-field Poling Technique(Invited)

Conductive ferroelectric domain walls have attracted increasing research interest in the field of nanoelectronics,and the fabrication technique for such domain walls is vital.In this study,we investigated in detail the fabrication of conductive domain walls in x-cut congruent thin-film lithium niobate(TFLN)using an electrical-field poling technique.The ferroelectric domain structures can be controlled through the applied electrical field and applied pulse numbers,and the domain inversion process is related to the conduction characteristics of the domain walls.The domain structures in TFLN are revealed using confocal second-harmonic microscopy and piezoresponse force microscopy.The results provide further directions for the development and application of conductive domain walls in TFLN.

干燥空气绝缘开关柜中应用的固封极柱绝缘结构设计及优化

为了实现气体绝缘开关柜的绝缘介质由SF6向干燥空气等环保型气体转变,开发一种结构小型化、绝缘水平满足要求的干燥空气绝缘开关柜中使用的固封极柱是亟需解决的问题。文中分析了40.5 kV SF6固封极柱置于干燥空气绝缘开关柜中的相间及对地电场分布,结果显示灭弧室动、静端盖板以及绝缘拉杆附近的气—固沿面电场严重超标,易造成沿面闪络。依据气—固复合绝缘理论,采取增加均压屏蔽网、改进绝缘壳体外观结构、重新设计绝缘拉杆等措施进行电场优化。通过仿真分析,优化设计后的固封极柱灭弧室端盖附近沿面最大场强由3.4 kV/mm降至2.03 kV/mm,绝缘拉杆沿面最大场强由4.1 kV/mm降至1.7 kV/mm。对优化前后的固封极柱进行了局部放电和雷电冲击耐压试验,局部放电试验的起弧电压由35 kV提升到62 kV,雷电冲击耐压试验的峰值耐受电压由145 kV提升到218 kV,证明了优化方案的可行性,为后续40.5 kV及更高电压等级的类似固封极柱的研发及优化提供了有关参考。

一种返回电子式的月表电场探测技术

提出了一种原位探测月表电场的新技术及相应计算方法,以满足探测南极月面电场环境特性的需求.根据仿真结果,月表电场精细测量需要低能散、高电流的平行电子束发射能力,设计的低能层流电子枪在10^(–8)~10^(–5) A的发射电流下,能散<0.4 eV,且随发射电流减弱而降低;通过控制发射电流、调整阳极孔径,可对电流进行调控;采用pierce电子枪的阴阳极结构和静电透镜对电子束的平行度进行进一步控制,仿真显示10^(–7) A电子束的扩散效果较弱,各方面性能符合探测需求.此外,构建通过电子束返回时间测量垂直电场的探测方式,模拟验证月表光照区向上发射电子束时相应的电场计算结果可反映背景电场,返回电子式月表电场探测技术达到了执行月表电场测量所需的要求.

极化电极均匀化设计调控铌酸锂周期极化占空比

准相位匹配(QPM)理论上能够充分利用晶体的非线性光学系数、无走离效应,在光学频率转换中具有非常大的优势。铌酸锂晶体(LiNbO_(3),LN)具有高非线性光学系数、宽通光范围和低生长成本,因此基于铌酸锂铁电畴结构设计获得的周期极化铌酸锂晶体(PPLN)成为准相位匹配技术的理想选择。目前制备PPLN晶体最常用的方法是外加电场极化法,制备过程中,电极结构的参数对极化过程至关重要。本研究基于实时监测下的电场极化过程,结合有限元分析,对不同电极结构的空间电场分布进行分析,发现电极边缘出现电场极大值,而电极内部的电场分布相对均匀。基于这一现象,本文提出了一种多通道电极结构的设计方案,以实现极化空间内部电场的均匀分布。本研究采用十通道电极进行极化实验,通过表征每个通道的占空比,发现内部八个通道的占空比大小均匀且在50%±5%范围,通过晶体的倍频实验验证发现十通道周期极化样品中中间通道相对边缘通道的非线性转换效率明显提升并分布均匀,证明其中间通道具有占空比可控的均匀极化结构,为极化空间电场均匀化设计提供了一种高效合理的设计方案。

一种用于输电线路视频监测的取能电源的设计

供电电源是保证高压输电线路在线监测装置稳定运行的关键,文中提出了一种基于高压电场感应取能技术的取能电源,并分别对其功率电路和控制电路进行分析设计。感应极板产生的位移电流作为取能电源的输入,直接决定着取能电源的输入功率,文中利用Comsol软件研究了感应极板尺寸对位移电流的影响,确定了感应极板的尺寸,并和实测数据进行对比,验证了仿真的正确性。基于此,文中研制了一套视频监测装置,通过感应极板和取能电源实现装置的自取能,拍摄输电线及周围环境视频并发送到远程终端。最后,通过实验确定了当视频监测装置应用在110 kV电压等级下时,远程终端接收到的单次视频时长为2.2 min,视频间隔为54.9 min。

基于静电场分析的固封极柱局部放电研究

基于静电场分析研究固封极柱局部放电对绝缘结构的设计及优化过程具有重要的意义。为此,运用静电场分析的方法得到12 kV固封极柱的电场分布云图,并提取电场较为集中区域如接地屏蔽网、螺栓附近空气域的电场分布,同时参照固封极柱组合绝缘中各绝缘介质的介电强度,指出螺栓附近空气域的电场强度超过空气的介电强度致使此区域局部放电超标。然后依据静电场组合绝缘理论,在不变更模具的前提下,提出在固封极柱螺栓固定孔与软包硅橡胶之间增设法兰屏蔽罩以降低螺栓附近空气域场强的方法。通过静电场分析得出优化后螺栓附近空气域的最大场强由5.8 MV/m降至0.32 MV/m,验证了此优化方法在理论上的可行性。局部放电测试试验结果表明,优化后的平均熄灭电压由6.5 kV提高至14.7 kV,验证了静电场分析方法可用于固封极柱局部放电的研究中,同时也确定了优化方案在工程应用上的可行性。

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。

极导线垂直和水平排列±500kV直流输电线路的电磁环境比较分析

根据极导线垂直和水平排列高压直流输电线路几何结构的特点,在考虑正、负极导线起晕场强不同和正、负离子不同迁移率的基础上,比较分析了极导线垂直和水平排列±500kV直流输电线路的电磁环境特点。结果表明:相对于极间距和极导线对地最小高度分别相同的水平排列线路,负极导线在下的垂直排列线路的地面合成电场强度、空间电荷密度和离子流密度的最大值较大,无线电干扰电平和可听噪声水平较低;而正极导线在下的垂直排列线路的地面合成电场强度、空间电荷密度和离子流密度的最大值较小,但其无线电干扰电平和可听噪声水平较高。

基于点电源的船舶静态电场深度换算方法研究

为了对船舶静电场进行反演,提出了基于点电源的静电场深度换算方法.利用泰勒展开式的收敛半径对场源的个数和位置进行了准确计算,建立了空气-海水-海床三层模型中等效场源系统的线性方程组,通过对线性方程组的求解达到计算等效点源强度和船舶等效电偶极矩的目的.最后,利用Beasy软件计算的船舶电场信号作为仿真数据对所提方法的有效性进行了检验,结果表明:该算法计算量小,精度较高,能够实现对任意场点的电场进行换算.

基于点电荷模型的舰船静电场反演算法研究

针对舰船静电场反演问题,提出一种基于点电荷模型的静电场反演方法。在利用舰船静电场先验信息对场源的粗略位置进行设定的基础上,利用泰勒展开式的收敛半径对场源的个数和位置进行计算,结合3层介质下点电荷电场的计算公式,建立等效场源系统的线性方程组,并通过对线性方程组的求解达到计算等效点电荷强度和舰船偶极矩的目的,利用实测数据对所提方法的有效性进行检验。研究结果表明:该算法由水深8 m的测量数据向水深22.5 m进行反演时,换算精度较高,误差值小于4%.

基于点电荷模型的腐蚀相关静电场快速预测方法研究

针对舰船腐蚀相关静态电场实时预测难的问题,提出了基于点电荷(电极)模型的快速建模方法。对舰船的结构进行合理分区,通过计算混合电位值确定电极的极化状态;在电极极化曲线及电化学系统电流和为0的准则基础上,建立了点电极电位和电流之间的函数关系;利用最小二乘算法计算点电极的电流值,并根据点电荷3层模型下的电位计算方法预测舰船腐蚀相关静态电场;分别利用仿真数据和船模试验数据对所提方法的有效性进行了检验。结果表明,所提方法能够实现对舰船腐蚀相关静态电场进行快速预测。

铁电畴反转机理的研究

从铁电畴极化反转的动力学出发 ,针对铁电畴反转过程中的新畴成核和畴壁运动两个过程 ,对用外加极化电场实现铁电畴反转的机理进行了理论分析研究 ,并就低电场和高电场两种条件下的开关时间进行了实验验证。结果表明 ,实验值与模型计算值吻合较好。

周期极化的电极结构及相关工艺缺陷的电场分析

本文采用有限元方法分析外加电场法对铁电体进行周期极化时的电场分布,讨论尖端效应对极化的影响,比较两种不同的电极设计方案—梳形电极和框形电极的优劣。分析了多周期光栅同时极化时的电场分布,推断了大周期与小周期之间存在的竞争现象。本文最后对光刻造成周期电极的断条、毛刺工艺缺陷和液体电极方案的残留气泡缺陷进行了探讨。数值计算得出的结论比较圆满地解释了实验中的许多现象。

外加电场法制备周期极化铌酸锂的重要结构参数的数值分析

外加电场法制备周期极化铌酸锂工艺的众多结构参数对极化进程有潜在的影响。本文采用数值方法系统的分析了周期极化的重要结构参数的影响,这些参数包括绝缘层介电常数、绝缘层厚度、电极宽度、外加电压幅度和光栅周期。证明了对极化进程影响最为显著的是电极宽度、外加电压幅度和光栅周期,它们应该是设计极化结构时需要考虑的主要参数。相对的,绝缘层介电常数、绝缘层厚度对极化进程的影响在一定条件下可以忽略。本文由此推论了一种简洁合理的极化结构设计步骤。另外,本文得到了光栅周期与最优电极宽度的二次拟合公式,它为设计提供了依据,降低了复杂程度。

特高压直流输电线路离子流场的有限元-积分法计算

针对特高压直流输电线的地面电场和离子流密度的计算问题,采用有限元-积分方法,对双极离子流场的控制方程进行求解,同时还对空间电荷密度初值进行了改进。通过计算,发现该方法能较快地获得稳定的数值解。通过采用该方法对±400kV的直流线路进行了比对计算,验证了该算法的有效性。将该方法应用于实际的±800kV直流输电线路,对地面合成电场和离子流密度进行了计算,分析了导线对地高度、极间距、正负极起晕情况不同以及避雷线对地面合成电场和离子流密度的影响。结果显示随导线高度升高和极间距减小,地面的最大电场强度和离子流密度随之减小。在正、负极起晕不同时,负极导线下面的合成电场和离子流密度的最大值比正极大。计算中,考虑避雷线会增大地面的合成场强和离子流密度,但是不明显。

新型永磁外转子爪极电机的特性仿真

为了研究具有特殊结构的新型外转子爪极电机的运行特性,在对电机的结构、材料、特点以及运行机理进行分析的基础上,利用有限元分析软件,建立了对电机进行三维电磁场分析的仿真模型。采用场路耦合分析方法,通过ANSYS和CASPOC系统仿真软件的耦合计算,得到了在发电和电动两种状态下的系统仿真特性。仿真结果表明,该种电机具有功率密度和转矩密度大的特点,在发电和电动状态都表现出良好的运行特性。

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。

电场计算的快速多极子预条件高阶边界元法

针对多介质工频电场计算中低阶边界元法及预条件(GMRES)法的计算精度低及计算成本高的不足,在低阶边界元法基础上引入高阶边界元和快速多极子法,提出了一种用于求解三维电场分布的快速多极子预条件GMRES高阶边界元法。建立了三维电场计算高阶边界元模型,阐述了快速多极子预条件GMRES高阶边界元法基本原理和具体实现方法;通过双介质实验模型进行了方法验证,并基于500kV变电站部分关键设备的三维电场计算,表明该方法在电场计算精度及在内存消耗和计算时间上均比预条件GMRES法有明显的优势。最后将计算结果与实际测量值进行了比较,该方法的计算结果与测量值最大相对误差为8.65%,该方法更适合于分析变电站这种大尺度多介质环境下的工频电场分布。

同走廊两回±800kV直流线路地面合成电场研究(英文)

同走廊两回±800 kV直流线路不久将在中国出现,需要对该种线路的地面合成电场进行研究,为工程设计和环境保护提供技术依据。对同走廊两回直流线路极导线按不同方式布置时的地面合成电场进行模拟试验,获得了其横向分布规律。给出一种同走廊两回直流线路地面合成电场的计算方法,该方法考虑了影响此种线路地面合成电场的多种重要因素,模拟试验验证了所提计算方法的有效性。采用该方法分析了同走廊两回±800 kV直流线路地面合成电场的分布特点。结果表明:不同的极导线布置方案不会显著影响同走廊两回直流线路地面最大合成电场的大小,但会影响其分布位置;同走廊两回直流线路地面最大合成电场的绝对值与单回直流线路运行时差别不大;两回±800 kV直流线路同走廊临近架设与相距较远距离架设相比,能大幅减少线路走廊宽度和工程拆迁费用。