特高压输电线路上尖端电晕放电的研究

论文摘要

我国能源资源分布和生产力发展不平衡的特点以及满足经济快速发展的需要,使特高压电网的建设非常必要且迫在眉睫。由于特高压输电线路很高的电压等级,它的电磁环境评估成为一个需要研究的重要课题。电晕放电作为特高压输电线路不可避免的现象,会产生可听噪声、无线电干扰和电晕损失等问题,其对环境和系统运行都会造成一定的影响。因此,对特高压输电线路电晕问题的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。根据远景规划,山东省境内将建设±800 kV特高压直流输电线路。由于山东地区干燥少雨、尘埃多的气候环境,很容易在特高压直流输电线路表面形成毛刺,从而将加剧电晕放电。本文主要针对上述情况,着重分析带有毛刺尖端的导线周围电场畸变以及所产生的电磁辐射场。论文首先介绍高压直流输变电工程的构成、特点,直流输电线路电场效应的特点以及计算导线表面场强常用的方法。其次,将特高压输电线路表面毛刺近似为半椭球体和锥体两种体积模型,对这两种不同体积模型的毛刺造成的尖端放电进行建模,基于两种不同的体积模型,对毛刺尖端及周围的电场分布进行了探索和分析。第三,对不同体积模型近似的毛刺、不同形状的毛刺、不同材料的毛刺,系统地研究其形成尖端放电的差异,并对毛刺在输电线路表面不同位置时引起的电晕放电进行仿真和分析；利用maxwell软件仿真的结果表明,相同位置下不同形状的毛刺在导线周围产生的最大场强呈现一定的规律性,但相同形状不同位置的毛刺在所处导线的周围产生的最大场强处于不同的数值范围,没有确定的相关性；若毛刺的材料为含有电解质的污秽物质,则毛刺的存在显著地促进了电晕放电的发生。最后,通过应用MATLAB仿真计算研究得到电晕辐射场的频率、横向距离、线路高度及导线半径的特性和功能,分析了毛刺存在时电晕放电电磁干扰作用。本课题的研究在特高压输电线路电晕现象的理论分析以及特高压电网电磁环境标准的制定、修正等方面具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 我国建设特高压输电项目的必要性
• 1.1.2 特高压输电线路带来的电磁环境问题
• 1.2 当前国内外关于特高压输电的研究现状
• 1.2.1 特高压输电的研究现状
• 1.2.2 输电线路上电晕的研究
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 特高压直流输电线路电场效应
• 2.1 高压直流输变电工程的构成和特点
• 2.1.1 直流输电的基本组成
• 2.1.2 我国直流输电系统的发展
• 2.1.3 直流输电线路的优点
• 2.2 直流输电线路的电场效应
• 2.2.1 直流输电线路电场效应的特点
• 2.2.2 直流输电线路电场效应的计算
• 2.2.2.1 导线表面场强的计算方法
• 2.2.2.2 导线起晕场强的计算
• 2.2.3 减小直流特高压线路空间场强的措施
• 第三章 特高压输电线路表面毛刺形成尖端放电的电场分布
• 3.1 电晕放电
• 3.1.1 电晕放电的机理
• 3.1.2 电晕放电的影响因素
• 3.1.3 电晕放电的危害
• 3.2 输电线路表面毛刺的两种体积模型
• 3.2.1 毛刺近似为半椭球体
• 3.2.2 毛刺近似为锥体
• 3.2.3 两种数学模型的比较
• 3.2.3.1 两种数学模型的定性比较
• 3.2.3.2 两种数学模型的具体数值计算比较
• 3.3 小结
• 第四章 毛刺的形状、位置和材料对尖端放电的影响
• 4.1 ANSOFT MAXWELL软件基本原理
• 4.1.1 有限元法的理论基础
• 4.1.2 有限元网格自适应剖分方法
• 4.2 单根导线上毛刺的存在及毛刺的形状对产生电晕的影响
• 4.2.1 单根光滑导线表面电场强度的计算
• 4.2.2 单根带毛刺导线表面电场强度的计算
• 4.2.3 仿真结果比较及分析
• 4.3 实际工程中的毛刺的位置对产生电晕的影响
• 4.3.1 理想无毛刺存在
• 4.3.2 毛刺存在于四分裂导线的外侧
• 4.3.3 毛刺存在于四分裂导线的内侧
• 4.3.4 毛刺位置与导线周围最大场强的关系
• 4.4 毛刺的组成成分对产生电晕的影响
• 4.4.1 毛刺的组成成分对产生电晕的影响的定性分析
• 4.4.2 毛刺的材料对产生电晕的影响的仿真
• 4.5 小结
• 第五章 特高压输电线路表面电晕辐射场特性的仿真
• 5.1 线路附近电晕放电辐射场的数学模型
• 5.1.1 计算基准点的场强
• 5.1.2 频率特性
• 5.1.3 横向距离特性
• 5.1.4 线路高度特性
• 5.1.5 导线半径特性
• 5.1.6 计算误差及修正
• 5.2 特高压输电线路表面电晕辐射场特性的计算
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表