特高压输电线路和变电站电磁场仿真计算研究

论文摘要

电力工业是国民经济的基础产业。一方面,目前我国的电网结构不能满足现在电力需求,另一方面能源资源和负荷分布极不均衡,这就决定了建设远距离、大容量的超特高压输电系统是我国电力行业发展的必然趋势。随着人们环保意识的逐渐加强,人们越来越关注输变电设施所产生的工频电磁场是否对人体有害。特高压电网在输电能力上有着显著的优越性,但是特高压输变电工程,由于电压等级高,产生的工频电磁场比低电压等级的更为严重,所以其工频电磁场分布及职业暴露、公众暴露问题更加引起了社会的广泛关注,为此国内外学者也进行了大量的测量和仿真工作。通过多年的研究总结发现,高压输变电设备周围的工频电磁场对环境的影响以工频电场为主,所以目前国内外学者的研究重点主要是放在工频电场上。主要采用模拟电荷法计算输电线路周围的工频电场强度,而对磁场研究较少。对变电站的工频电磁场计算主要是采用已有的商业软件CDEGS,CDEGS软件只能考虑母线等带电导线对电场的影响,而忽略了诸如断路器之类的设备对电场的畸变作用。随着工程设计的需要,希望能对规划中的变电站的电场强度进行详细的预算,所以寻找合理的计算方法是目前电磁环境计算领域的重要课题。本文首先利用模拟电荷法方法计算了我国设计的几种1000kV输电线路周围的工频电磁场,分析了影响输电线路下方工频电磁场主要因素,为经后优化线路设计提供参考。其次本文采用CDEGS软件对晋东南变电站500kV区域的工频电磁场分布进行了仿真,分析其分布规律,影响工频电磁场分布的主要因素,为优化变电站设计提供参考。鉴于变电站工频电磁场对环境的影响主要以工频电场为主,所以本文最后重点针对国内目前对变电站的工频电场进行分析时通常忽略主要设备影响这一现状,采用了将模拟电荷法和边界元法相结合的方法对变电站电场强度进行详细的三维仿真,该方法将变电站内设备的影响充分考虑进去。分别采用该方法和CDEGS软件对某重庆某500kV变电站的工频电场进行计算,将其结果分别与该站的测量结果进行了对比,结果表明该方法得出的结果在波形和测量结果相似,幅值相近,说明了该方法能详细的对变电站内工频电场进行预算。该方法的仿真结果表明变电站的众多设备使电场发生畸变。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 计算工频电磁场的数值方法
• 1.4 本文的主要内容
• 2 特高压输电线路工频电磁场的建模与仿真计算
• 2.1 引言
• 2.2 特高压输电线路工频电场的建模与仿真计算
• 2.2.1 特高压输电线路的简化
• 2.2.2 工频电场的计算方法
• 2.2.3 特高压输电线路周围的工频电场计算
• 2.3 特高压输电线路工频磁场的建模与仿真计算
• 2.3.1 特高压输电线路的简化
• 2.3.2 工频磁场的计算方法
• 2.3.3 特高压输电线路周围的工频磁场计算
• 2.4 小结
• 3 采用 CDEGS 软件计算变电站电磁场
• 3.1 引言
• 3.2 CDEGS 软件介绍
• 3.3 变电站模型的建立
• 3.4 变电站内工频电磁场计算
• 3.4.1 变电站内工频电场计算
• 3.4.2 变电站内工频磁场计算
• 3.5 影响变电站工频电磁场的主要因素
• 3.6 小结
• 4 基于模拟电荷法和边界元法的变电站电场计算
• 4.1 引言
• 4.2 直线型电荷的模拟电荷法
• 4.3 变电站内工频电场计算
• 4.3.1 变电站模型建立和基本计算方法
• 4.3.2 计算程序实现
• 4.3.3 算法可行性验证
• 4.3.4 预测变电站工频电场分布的方法
• 4.3.5 特高压变电站工频电场预测
• 4.4 对工频电磁场的控制
• 4.4.1 国外防护标准
• 4.4.2 我国现有的电磁防护标准
• 4.4.3 对我国特高压交流输电线路工频电磁场限值选择的建议
• 4.5 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 论文得出的主要结论
• 5.2 后续工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• B: 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目