±800kV特高压直流输电线路导线电场计算方法的研究

摘要

分裂导线表面最大电场强度是特高压直流线路导线选择的主要依据，地面标称电场是评估线路对环境影响的重要指标。但目前直流输电线路电场计算方法较少，主要以相关经验公式为主，且计算精度不高。随着云广±800kV特高压直流输电线路的建设，研究输电线路电场计算方法具有十分重要的工程价值和学术意义。本文根据模拟电荷法及有限元法的基本原理，结合特高压直流线路分裂导线的特征，完善了导线周围电场计算的数学模型，研究了优化电荷法、补偿电荷法、多电荷法及有限元外推法在计算特高压直流导线周围电场中的应用。另外，结合云广特高压线路对导地线选择进行了计算与分析。论文的主要工作与结论如下： (1)基于优化电荷理论，将优化电荷法运用于输电线路周围电场的计算中。提出建立以模拟电荷偏移距离d为变量的目标函数，应用解约条件将约束问题转化为无约束问题。在求解目标函数方程U<,1>时，引入0.618法迅速准确地将各子导线中的模拟电荷定位于最优位置，结果证明此时模拟电荷具有较高的等效精度。 (2)补偿电荷法通过不断比较各子导线表面电位误差，逐步将模拟电荷往减小最大电位误差方向移动，降低导线表面电位的不均匀度，直至子导线表面出现与最大电位误差值相等的另一点，此时最大电位误差减至最小，导线周围电场计算结果也符合计算要求。 (3)在分裂电荷法的基础上提出运用多电荷法求解导线表面电场，通过在各子导线内部划分多个子区域，在每个子区域中设定模拟电荷与匹配点，将子导线内部连续分布的电荷离散成多个电荷，从而减小了电荷的等效误差。多电荷法计算结果精度高，但计算量较大。 (4)利用有限元法对输电线路周围电场分布进行计算，网格剖分时采用自适应有限单元技术，并通过网格再剖分，减小有限元法的离散误差；引入外推法，利用外推公式对计算结果进行处理，减小有限元法因“封边”引入的误差，提高了有限元法的计算精度。 (5)分析了有无避雷线对输电线路周围电场计算模型的影响，结果表明避雷线在计算模型中不可忽略。由于避雷线上的感应电荷与邻近导线上的模拟电荷极性相反，故能加剧导线表面电场的畸变，使得导线表面电场最大值增大，抵消地面标称电场值，降低了标称电场标称值。 (6)结合云广特高压线路，比较了避雷线是否接地时其表面电场强度。计算结果表明：避雷线接地时，其表面有较高的场强，电场强度主要受避雷线半径、保护角及距导线高度影响；避雷线不接地时表面电场较小，但有一定的感应电位，场强和电位大小主要由避雷线保护角及距导线高度决定。 (7)计算了不同分裂方式和线路结构参数下子导线表面电场，结果表明影响子导线表面电场强度的线路结构参数中，子导线直径、子导线分裂数对导线表面最大场强影响较大，子导线分裂间距、导线极间距离次之，导线对地高度的影响最小。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1电场计算常用方法

1.2.2电场计算方法比较

1.2.3导线周围电场计算方法

1.3论文研究内容

2导线周围电场的计算方法及建模

2.1模拟电荷法

2.1.1模拟电荷法的基本思想及计算步骤

2.1.2常用模拟电荷的类型及电位系数

2.2模拟电荷法的计算模型

2.2.1线路模型的简化

2.2.2避雷线对输电线路周围电场计算的影响

2.3有限元法

2.3.1有限单元法

2.3.2剖分和插值

2.4有限元法的计算模型

2.4.1有限元法数学模型

2.4.2FEMLAB有限元模型

2.5FEMLAB简介

2.6 小结

3基于模拟电荷原理的导线周围电场计算方法

3.1优化模拟电荷法

3.1.1优化模拟电荷法基本原理及应用步骤

3.1.2优化模拟电荷法的应用

3.1.3目标函数U1的求解方法

3.2补偿电荷法

3.2.1补偿电荷法基本理论

3.2.2补偿电荷移动方向的选择

3.2.3模拟电荷可能位置偏移距离的计算

3.3多电荷法

3.3.1分裂电荷法基本原理及应用

3.3.2多电荷法基本原理及应用

3.4计算方法综合及比较

3.5 小结

4基于有限元法的导线周围电场计算方法

4.1计算场域网格的划分

4.1.1自适应有限元技术

4.1.2网格再剖分

4.2单元质量及计算精度

4.2.1单元质量分析

4.2.2计算精度评估

4.3有限元外推法

4.3.1外推定理

4.3.2有限元外推法的应用与分析

4.4 小结

5云广特高压直流线路导地线表面电场计算与分析

5.1避雷线表面电场计算

5.1.1避雷线接地时表面电场计算与分析

5.1.2避雷线不接地时表面电场计算与分析

5.2导线表面电场影响因素及分析

5.3 小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录