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同走廊高压交、直流输电线路混合电场分析

发布时间:2020-02-14 01:03
【摘要】:交、直流线路同走廊架设将会产生不同于单独交流或单独直流线路的电场效应问题。为有效预测这种线路的电场,基于上流有限元法和向后Euler方法,提出了一种交、直流混合电场的计算方法,可以在计算过程中考虑交流线路电压瞬时变化对直流导线电晕活动及空间电荷运动的影响。测量试验线段验证了该方法的有效性。对交、直流混合离子流场中离子的运动进行了模拟,并计算了不同交流电压等级、不同交、直流线路接近距离下的地面电场和离子流密度。结果表明:交、直流线路同走廊架设时,地面混合电场交流分量、直流分量和离子流密度均有所减小,并且接近距离越小、交流电压等级越高,混合电场直流分量和离子流密度越小;交流电场的扰动使直流线路下方空间电荷的分布向线路两侧更加分散,是导致直流分量和离子流密度减小的重要原因。
【图文】:

剖分网格,导线,电流连续性方程


赵永生,张文亮:同走廊高压交、直流输电线路混合电场分析925图1导线周围剖分网格Fig.1Gridenmeshmentaroundconductor20()()()(())tkttttρρρε=+V0()()()kRtteρρε+(10)求解电荷迁移和复合相互耦合的电流连续性方程是求解混合离子流场最困难的部分。如果按照文献[15-16]所叙述的有限体积法求解电流连续方程,需假设控制容积内的电荷密度均匀分布,则会使控制容积内ρ(t)+和ρ(t)的值为0,导致电流连续方程式(9)、(10)中ρ(t)(t)++V和ρ(t)(t)V的值为0。而事实上在离子流场中,尤其在直流导线表面附近,电荷密度随位移的变化剧烈,同时电荷的迁移速度较大,ρ(t)(t)++V和ρ(t)(t)V的值较为可观;且在交、直流混合离子流场中,交流电场主要是通过影响空间的电荷密度而使直流合成电场变化的,该种变化在数学模型上通过式(9)、(10)中ρ(t)(t)++V、ρ(t)+和ρ(t)(t)V、ρ(t)值的改变来体现。如果引入的假设使ρ(t)(t)++V和ρ(t)(t)V的值为0,将会使得电流连续性方程的求解不完整,从而导致计算过程不能完全反映交流电场瞬时变化对空间电荷密度的影响。为完整求解电流连续性方程,本文根据逆流差分原理[21],直接从电流连续性方程着手求解空间电荷密度。使用三角形单元网格将空间剖分,节点i及其周围单元如图2所示。由式(9)、(10),在节点i上有:20()()()(())iiiitkttttρρρε+++++=+V图2上流有限元示意图Fig.2SchematicdiagramofupstreamFEM0()()()iikRtteρρε++(11)20()()()(())iiiitkttttρρρε=+V0()()(

示意图,有限元,示意图,电流连续性方程


场中,交流电场主要是通过影响空间的电荷密度而使直流合成电场变化的,该种变化在数学模型上通过式(9)、(10)中ρ(t)(t)++V、ρ(t)+和ρ(t)(t)V、ρ(t)值的改变来体现。如果引入的假设使ρ(t)(t)++V和ρ(t)(t)V的值为0,将会使得电流连续性方程的求解不完整,从而导致计算过程不能完全反映交流电场瞬时变化对空间电荷密度的影响。为完整求解电流连续性方程,本文根据逆流差分原理[21],直接从电流连续性方程着手求解空间电荷密度。使用三角形单元网格将空间剖分,节点i及其周围单元如图2所示。由式(9)、(10),在节点i上有:20()()()(())iiiitkttttρρρε+++++=+V图2上流有限元示意图Fig.2SchematicdiagramofupstreamFEM0()()()iikRtteρρε++(11)20()()()(())iiiitkttttρρρε=+V0()()()iikRtteρρε+(12)()()()iitktt++V=+W(13)()()()iitkttV=+W(14)运用上流元的概念,则图2中Δijk和Δilm分别是iρ+和iρ的上流元。令正、负电荷在节点i处的电位梯度和电荷密度梯度分别等于其上流元的电位梯度和电荷密度梯度,,并在在上流元中进行1阶离散,则在tn+1时刻,式(11)式(14)可表示为:210()()()()(())ininijminikρtρttρttρtε+++++++Δ=ΔV+0()()())iikRtteρρε++(15)210()()(()()(())ininilminikρtρttρttρtε+Δ=ΔV+0()()())iikRtteρρε+(16)()()()inijknntktt++ΔV=+W(17)()()()inilmnntkttΔV=+W(18)

【参考文献】

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【共引文献】

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【二级参考文献】

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