超高压输电线路对建筑物电磁环境的影响和屏蔽方案研究

论文摘要

近年来,由于城市用电负荷的急剧增加及城市面积的不断扩大,电网规模、输电电压等级和配电格局都发生了重大变化。城市人口密集地区建设了更多的高压变电站和配电网,原本多在郊区出现的超高压输电线路也开始邻近城镇建筑物,使得建筑物内部的电磁环境变得十分复杂,电磁辐射对城市居民生活和环境的影响也日益凸现。另外,人们对生活环境质量的更高要求也使高压输变电工程周围的电磁环境问题受到关注,成为国内外研究的一个热点。在这种背景下,本文研究了超高压输电线路产生的工频电磁场及其对建筑物电磁环境的影响,并对建筑物的工频磁场屏蔽方案进行了研究。本文采用模拟电荷法对超高压输电线路产生的工频电场进行计算,分析了电场分布的规律及其对周围环境的影响。并对输电线路一侧有高层建筑时的电场分布进行了计算和分析。工频磁场的计算采用模拟电流法,根据建立的超高压输电线路的等效模型编程计算了周围空间的磁感应强度,对磁场的分布规律及其影响进行了分析。在验证了Maxwell 3D电磁分析软件在仿真输电线路电磁场问题的可行性后,建立了超高压输电线路附近有建筑物的模型。仿真分析了建筑物内的电场分布,研究了建筑物组成材料对电场分布的影响。并就建筑物开窗时的建筑物内电场分布进行了研究,分别考虑了开窗位置和开窗大小的影响。在三维涡流场下对建筑物内的磁场分布进行了仿真研究。由于仿真发现普通材料建造的建筑物对工频电场有很好的屏蔽效果而对工频磁场基本没有屏蔽作用,因此主要研究了建筑物工频磁场的屏蔽方案。其中采用磁路分析方法对完整金属屏蔽体（矩形截面）的屏蔽效能进行了近似计算;在Maxwell 3D软件中建立了仿真模型对建筑物楼顶加金属屏蔽板和钢筋网时的情形进行了仿真,计算了各种屏蔽方案的传输系数和屏蔽效能,研究了屏蔽板材料、厚度以及钢筋网网格大小、钢筋直径对屏蔽效果的影响,得到一些有益的结论。本文还以VC++为工具编写了输电线路工频电场的仿真计算软件,运行该软件能得到工频电场的等值线图和位图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 高压输变电工程的发展状况
• 1.1.1 国外高压输电的发展
• 1.1.2 我国电力工业的发展
• 1.2 超高压输电对环境的影响及工频电磁场的限值
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 2 超高压输电线路周围工频电场分布
• 2.1 引言
• 2.2 模拟电荷法的基本原理
• 2.2.1 模拟电荷法计算流程
• 2.2.2 模拟电荷和匹配点的布置
• 2.3 超高压输电线路周围电场分布
• 2.3.1 分裂导线等效半径计算
• 2.3.2 无限长线电荷电位系数的计算
• 2.3.3 超高压输电线路周围空间电场强度计算
• 2.4 输电线路一侧有高层建筑时的电场计算
• 2.5 本章小结
• 3 超高压输电线路周围工频磁场分布
• 3.1 引言
• 3.2 模拟电流法的原理
• 3.3 超高压输电线路周围磁场分布
• 3.3.1 长直载流导线的矢量磁位计算
• 3.3.2 模拟电流的计算
• 3.3.3 磁感应强度计算
• 3.4 本章小结
• 4 超高压输电线路附近有建筑物时的电磁场仿真
• 4.1 引言
• 4.2 有限元法原理及涡流场分析
• 4.2.1 有限元法的基本原理
• 4.2.2 有限元法在静电场中求解的原理
• 4.2.3 二维涡流场分析理论（A－φ法）
• 4.2.4 三维涡流场分析
• 4.3 软件介绍及仿真可行性验证
• 4.3.1 Maxwell 3D 软件的自适应网络剖分技术
• 4.3.2 软件仿真可行性分析
• 4.4 输电线路附近有建筑物时的工频电场仿真
• 4.4.1 建筑物材料的影响
• 4.4.2 建筑物开窗的影响
• 4.5 输电线路附近有建筑物时的工频磁场仿真
• 4.6 本章小结
• 5 建筑物的工频磁场屏蔽方案研究
• 5.1 引言
• 5.2 磁场屏蔽的基本原理与屏蔽效能
• 5.2.1 屏蔽的基本概念
• 5.2.2 磁场屏蔽原理
• 5.2.3 屏蔽效能
• 5.3 完整金属屏蔽体对工频磁场的屏蔽效能计算
• 5.4 金属屏蔽板对工频磁场的屏蔽效能
• 5.4.1 仿真模型建立
• 5.4.2 屏蔽材料磁导率的影响
• 5.4.3 屏蔽板厚度的影响
• 5.5 钢筋网对工频磁场的屏蔽效能
• 5.6 小结
• 6 输电线路工频电场仿真软件的开发
• 6.1 引言
• 6.2 软件框架构建及其特点
• 6.3 软件的功能模块
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录