復雜環(huán)境下輸電工程運行特性數(shù)學模型及仿真

目錄
前言
緒論 1
0.1 輸電線路在復雜環(huán)境下運行的背景及重要意義 1
0.2 輸電線路運行特性基本概念 3
0.2.1 線路走廊 3
0.2.2 直流輸電線路的電暈放電 3
0.2.3 耦合影響 3
0.2.4 氣球邊界 4
0.2.5 有限元分析法 4
0.3 輸電線路運行特征研究現(xiàn)狀 5
0.3.1 輸電線路鄰近障礙物的研究現(xiàn)狀 5
0.3.2 輸電線路周圍工頻電場研究現(xiàn)狀 6
0.3.3 山火模擬試驗研究現(xiàn)狀 7
第一篇 輸電線路鄰近建筑物運行特征
第1章 輸電線路鄰近建筑物工頻電場分析 13
1.1 我國輸電線路線下電場限制的規(guī)定 13
1.2 輸電線路電場仿真流程及邊界選取原則13
1.3 輸電線路鄰近建筑物周圍電場分布建模仿真 15
1.3.1 建立輸電線路仿真模型 15
1.3.2 不同相序線下電場計算 17
1.3.3 最優(yōu)相序推薦 20
1.3.4 對地安全距離推算 21
1.4 本章小結(jié) 23
第2章 輸電線路鄰近建筑物安全距離比選 24
2.1 輸電線路與建筑物安全距離要求 24
2.2 構(gòu)建建筑物數(shù)學模型 24
2.3 左右對稱掛線雙回線路鄰近建筑物電場分析 27
2.3.1 仿真模型及網(wǎng)格劃分 27
2.3.2 輸電線路鄰近建筑物電場分析 28
2.3.3 輸電線路鄰近建筑物安全距離推算 30
2.3.4 建筑物對電場的影響分析 36
2.4 右側(cè)單邊掛線雙回線路鄰近建筑物電場分析 37
2.4.1 建立模型及電場分析 37
2.4.2 各種故障狀態(tài)下線路與觀測面間安全距離推算 40
2.4.3 風偏時線路與建筑物間安全距離推算 54
2.5 本章小結(jié) 55
第二篇 輸電線路鄰近管道運行特征
第3章 電磁干擾影響分析及計算感性電壓 59
3.1 電磁影響的對象及安全限值 59
3.1.1 電磁影響涉及的對象 59
3.1.2 輸電線路對天然氣管道的電磁影響限值 60
3.2 電磁干擾的機理分析 61
3.2.1 容性耦合影響 62
3.2.2 阻性耦合影響 62
3.2.3 感性耦合影響 62
3.3 基于管道大地數(shù)學模型的感性耦合電壓計算 62
3.4 本章小結(jié) 65
第4章 利用CDEGS軟件進行電磁干擾的仿真計算 67
4.1 建立仿真系統(tǒng) 67
4.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述 67
4.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的相關參數(shù) 67
4.2 仿真計算及結(jié)果分析 70
4.2.1 穩(wěn)態(tài)條件下電磁干擾的仿真計算及結(jié)果分析 71
4.2.2 穩(wěn)態(tài)條件下影響電磁干擾因素的計算分析 72
4.2.3 暫態(tài)條件下電磁干擾的仿真計算及結(jié)果分析 79
4.2.4 暫態(tài)條件下影響電磁干擾因素的計算分析 81
4.3 本章小結(jié) 82
第5章 計算分析與評估管道的交流腐蝕 83
5.1 管道交流腐蝕的評價準則及計算方法 83
5.2 穩(wěn)態(tài)運行下管道交流腐蝕的計算與評估 84
5.3 本章小結(jié) 85
第6章 電磁影響超標的防護 86
6.1 穩(wěn)態(tài)運行下管道交流腐蝕超標的防護 86
6.2 單相短路故障時管道對地電壓超標的防護 88
6.2.1 接地墊防護 89
6.2.2 絕緣墊或敷設絕緣地面防護 89
6.2.3 針對管道對地電壓超標的防護措施 90
6.3 本章小結(jié) 91
第三篇 輸電線路鄰近樹木運行特征
第7章 特高壓直流輸電線路線下樹障隱患凈空距離數(shù)學模型 95
7.1 引言 95
7.2 建立導線應力弧垂動態(tài)數(shù)學模型 95
7.2.1 建立動態(tài)應力數(shù)學模型 95
7.2.2 建立弧垂與應力之間的非線性光學數(shù)學關系 97
7.3 建立樹木生長高度預測數(shù)學模型 98
7.3.1 擬合樹木生長高度回歸方程 98
7.3.2 規(guī)劃求解生長方程參數(shù) 100
7.4 建立線下樹障隱患凈空距離數(shù)學模型 101
7.4.1 建立線下凈空距離數(shù)學模型 101
7.4.2 線下樹障隱患凈空距離數(shù)學模型實際應用 101
7.5 本章小結(jié) 103
第8章 特高壓直流輸電線路線下樹障隱患電場分布仿真分析 104
8.1 引言 104
8.2 計算線下樹木空間間隙擊穿場強 104
8.3 線下樹障電場仿真流程 105
8.4 線路電場分布建模與仿真分析 106
8.4.1 建立線下樹障隱患仿真模型 106
8.4.2 正極導線下樹障隱患電場分布 107
8.4.3 負極導線下樹障隱患電場分布 110
8.5 本章小結(jié) 113
第9章 特高壓直流輸電線路臨線樹障絕緣特性數(shù)學模型 114
9.1 引言 114
9.2 計算導線風偏位移 114
9.3 計算線旁樹障空間合成電場 116
9.3.1 計算單極導線標稱電場 116
9.3.2 解析法計算空間合成電場 117
9.3.3 計算線旁樹木間隙擊穿場強 119
9.3.4 建立臨線樹障隱患絕緣特性數(shù)學模型 120
9.4 臨線樹障隱患絕緣特性數(shù)學模型實際應用 120
9.5 本章小結(jié) 123
第10章 特高壓直流輸電線路臨線樹障隱患電場分布仿真分析 124
10.1 引言 124
10.2 建立臨線樹障隱患仿真模型 124
10.3 臨線樹障隱患導線與樹木空間合成電場分布仿真分析 125
10.3.1 正極導線旁樹木電場仿真分析 125
10.3.2 負極導線旁樹木電場仿真分析 130
10.3.3 正負極導線間樹木電場仿真分析 134
10.4 本章小結(jié) 139
第四篇 空氣濕度對特高壓直流輸電線路離子流場影響的研究
第11章 空氣濕度對離子流場影響機理的研究 143
11.1 直流輸電線路的電暈放電 143
11.2 直流輸電線路的離子流場 144
11.3 空氣濕度對離子流場影響的物理過程 144
11.3.1 環(huán)境空氣的組成 144
11.3.2 帶電離子碰撞水分子的物理過程 145
11.4 空氣濕度對離子流場的影響 145
11.4.1 空氣濕度對離子遷移率的影響 146
11.4.2 空氣濕度對起暈場強的影響 148
11.5 本章小結(jié) 149
第12章 空氣濕度影響下的±800kV輸電線路離子流場計算 150
12.1 考慮空氣濕度影響的離子流場計算模型 150
12.1.1 基本假設 150
12.1.2 離子流場的基本控制方程 151
12.1.3 邊界條件 151
12.2 離子流場的計算思路 152
12.2.1 有限元法求解泊松方程 153
12.2.2 上流有限元法求解電流連續(xù)性方程 153
12.2.3 考慮空氣濕度影響的離子流場計算流程 154
12.3 空氣濕度影響下的±800kV輸電線路地面離子流場計算 156
12.3.1 輸電線路模型 156
12.3.2 關鍵計算參數(shù)的確定 156
12.3.3 模型剖分與計算求解 159
12.3.4 計算結(jié)果與分析 160
12.3.5 計算結(jié)果驗證 161
12.4 本章小結(jié) 162
第13章 空氣濕度影響下的帶電作業(yè)人員體表電場分析 163
13.1 特高壓直流輸電線路帶電作業(yè)分析模型 163
13.1.1 帶電作業(yè)方式 163
13.1.2 桿塔、導線與人體模型 164
13.1.3 作業(yè)位置的選取 165
13.2 地電位作業(yè)時的人體電場分析 166
13.2.1 作業(yè)人員位于橫擔處的電位與電場分布 166
13.2.2 作業(yè)人員位于桿塔側(cè)面的電位與電場分布 169
13.3 中間電位作業(yè)時的人體電場分析 171
13.3.1 作業(yè)人員位于導線上方3m處的電位與電場分布 171
13.3.2 作業(yè)人員位于導線水平方向3m處的電位與電場分布 174
13.4 等電位作業(yè)時的人體電場分析 176
13.4.1 作業(yè)人員站在導線上時的電位與電場分布 176
13.4.2 作業(yè)人員在導線側(cè)面時的電位與電場分布 179
13.4.3 作業(yè)人員站在導線上張開雙臂時的電位與電場分布 181
13.5 本章小結(jié) 183
第五篇 輸電線路鄰近山火運行特征
第14章 山火致線路跳閘機理分析及合成電場計算方法 187
14.1 引言 187
14.2 山火致輸電線路跳閘的機理分析 187
14.2.1 火焰高溫致線路跳閘的作用機理 188
14.2.2 火焰高電荷密度致線路跳閘的作用機理 189
14.2.3 固體顆粒物致線路跳閘的作用機理 191
14.3 特高壓直流輸電線路合成電場計算方法 192
14.4 本章小結(jié) 196
第15章 建立山火條件下直流線路合成電場數(shù)學模型 197
15.1 引言 197
15.2 山火條件下直流輸電線路合成電場計算方法 197
15.2.1 建立山火條件下直流線路合成電場數(shù)學模型 197
15.2.2 基本假設及邊界條件 199
15.2.3 推導計算模型 199
15.2.4 合成電場計算流程 200
15.3 驗證計算方法正確性 202
15.4 分析計算結(jié)果 202
15.5 本章小結(jié) 205
第16章 火焰溫度及電荷密度對合成電場影響仿真研究 207
16.1 引言 207
16.2 建立山火條件下直流線路合成電場仿真模型 207
16.3 確定計算場域邊界條件及劃分網(wǎng)格 209
16.3.1 確定邊界條件 209
16.3.2 劃分有限元網(wǎng)格 209
16.4 驗證仿真方法正確性 210
16.5 火焰溫度及電荷密度對合成電場的影響仿真研究 210
16.5.1 建立有限元溫度場分析仿真模型 212
16.5.2 火焰溫度對擊穿場強的影響仿真研究 214
16.5.3 火焰電荷密度對合成電場的影響仿真研究 215
16.5.4 山火中合成電場計算結(jié)果與仿真結(jié)果對比分析 222
16.6 本章小結(jié) 223
第17章 山火中顆粒物對電場的影響仿真研究 224
17.1 引言 224
17.2 線路間隙顆粒物致電場畸變仿真研究 224
17.2.1 間隙距離及顆粒物尺寸變化致電場畸變仿真研究 227
17.2.2 顆粒物畸變范圍仿真研究 229
17.2.3 顆粒鏈致電場畸變仿真研究 230
17.3 導線表面顆粒物對電場的影響仿真研究 233
17.3.1 橢圓形顆粒物對電場的影響仿真研究 234
17.3.2 圓形顆粒物對電場的影響仿真研究 235
17.3.3 菱形顆粒物對電場的影響仿真研究 237
17.3.4 顆粒物種類對電場的影響仿真研究 238
17.4 本章小結(jié) 239
參考文獻 240