超高压变电站工频电场仿真方法研究

摘要

近年来,随着电力工业迅速发展和城镇规模不断扩大,电力系统正向着大电容、大电流、大电网、高电压、远距离输电方向发展。目前,500kV及以上输变电系统正逐步普及,原本在郊外的变电站也开始在城镇周边出现。对于超高压变电站,其内部设备众多,电压等级高、布线复杂,其内部及周边有强而及其复杂电磁场,其中工频电场和工频磁场就是变电站中电磁场的重要组成部分。由工频电场引起的静电感应将对电气设备及生态,尤其是对人体会引起长期或短期的生理效应,工频电磁场及由其引起的静电感应问题引起人们普遍关注。因此对超高压变电站工频电场进行仿真研究是一个非常重要课题。根据研究对象特点,论文选择了模拟电荷法及模拟电荷与矩量法相结合的数值计算方法对所研究区域场进行了仿真研究。首先在等效原理基础上,对模拟电荷法的基本思想及实施步骤进行了介绍,在此基础上,对常用模拟电荷的场分布进行了研究。基于加权余量法,对矩量法的构造及矩量法在静电场问题中的应用步骤进行了介绍,并对模拟电荷法和矩量法的混合方法及应用步骤进行了介绍。针对超高压变电站内线状电极多,分布广的特点,对超高压变电站线状电极进行了一些必要假设和处理,建立了三相长母线、三相短线及三相成抛物状连接线电场计算的物理模型和数学模型。通过具体算例,采用适当数值计算方法对其电场分布进行了计算,用Matlab软件编制了仿真程序。并对影响其场分布有关因素进行了讨论。在此基础上,针对超高压变电站具体情况,根据实际电气设备连接方式,选择了母线及母线两侧的隔离开关和断路器件所组成的局部区域为研究对象,建立了电场计算的物理模型和数学模型,并通过具体算例,对该区域距地高度1.5m平面一定范围内三个方向场及合成场进行了仿真计算,并用Matlab编制了仿真程序对其场分布进行仿真分析。并根据设备安装位置变化所产生的场与算例进行了比较,找到了该区域场的分布特点及对场影响的一些因素。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 问题的提出及研究的意义

1.1.1 问题的提出

1.1.2 研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目的和研究内容

1.3.1 本文研究目的

1.3.2 本文研究的主要内容

2 相关的电磁场数值计算方法

2.1 引言

2.2 模拟电荷法

2.2.1 等效原理

2.2.2 模拟电荷法的基本思想

2.2.3 模拟电荷法的实施步骤

2.2.4 运用模拟电荷法需处理好的问题

2.2.5 常用模拟电荷的场分布

2.3 矩量法

2.3.1 矩量法的数学基础—加权余量法

2.3.2 基函数的构造

2.3.3 权函数的选取

2.3.4 矩量法的实施步骤

2.4 模拟电荷-矩量法

2.4.1 模拟电荷—矩量法的基本思想

2.4.2 模拟电荷—矩量法的实施步骤

2.5 本章小结

3 三相线状电极电场建模及仿真方法研究

3.1 引言

3.2 三相长母线电场建模与仿真

3.2.1 电场计算模型的建立

3.2.2 算例仿真分析

3.2.3 几何参数变化场强仿真比较

3.3 三相短线电场建模与仿真

3.3.1 电场计算模型建立

3.3.2 算例仿真分析

3.4 三相母线与电器设备连接线电场建模与仿真

3.4.1 电场计算模型建立

3.4.2 算例仿真分析

3.4.3 几何位置变化电场仿真比较

3.5 本章小结

4 超高压变电站局部区域电场建模及仿真

4.1 引言

4.2 电场计算的物理模型及数学模型的建立

4.2.1 物理模型的建立

4.2.2 数学模型的建立

4.3 工程算例与分析

4.4 安装位置变化仿真结果比较

4.5 本章小结

5 论文小结

5.1 论文完成的工作及取得的成果

5.2 需要进一步研究的问题

致谢

参考文献

附录