基于模拟电荷法的变电站工频电场仿真分析

随着供电需求的增大,超高压变电站越来越接近公众活动区域,变电站站内的电场分布情况也显得越来越重要。本文提出改进的模拟电荷法,推导了带电体周围的工频电场计算公式。通过对500k V变电站进行模型建立及简化,编程计算出站内离地1.5m处的工频电场强度;采用CDEGS软件对重庆某500k V变电站进行仿真计算,将仿真结果和实测值与本文算法的计算结果进行对比,验证了本文算法的正确性与有效性。最后选取该变电站内三条路径,计算分析该处工频电场强度的分布情况,为深入研究变电站的工频电场分布提供参考。     

变电站内建筑物工频电场仿真分析与优化

为深入研究变电站内工频电场在有无考虑站内建筑物情况时的分布情况,以500 kV变电站为例,在CDEGS软件环境下对变电站内电气设备和建筑物进行建模并进行工频电场分布的仿真计算。通过仿真结果与实测结果的对比,验证了所建模型的正确性。接着分析了变电站内有建筑物时的工频电场分布情况。结果表明500 kV变电站的工频电场强度较大值主要集中在导线交叉与靠近开关场外侧导线附近,站内的建筑物使其周围的工频电场发生较大畸变,随着建筑物高度的增加、离开关场越近,其畸变越严重。并进一步提出将变电站设备基座整体升高1.2 m可有效降低站内工频电场强度。     

电场感应原理在高压带电体电压在线监测中的应用

阐述了电场感应式电压检测原理,比较了单电极和双电极两种电压检测方式的不同,指出了感应电压的影响因素,借助ANSYS仿真软件分析高压带电体周围的电场分布,寻找合适的测试点,经高压带电体电压检测实验,验证了电场感应式电压检测方法适用于高压带电体的电压在线监测。     

多介质工频电场分析的快速多极子边界元法

针对变电站关键设备工频电场计算存在计算效率低的问题,结合快速多极子法和边界元模拟电荷法提出一种快速计算多介质工频电场分布的方法.根据边界元模拟电荷法基本原理建立变电站关键设备工频电场计算模型.利用快速多极子法可以加速矩阵与向量乘积效率的特点,得到提高多介质工频电场分布的快速算法.并应用该方法具体计算500kV变电站中开关场内刀闸周围的电场分布.结果表明:快速多极子边界元模拟电荷法的计算结果与积分工程软件的仿真结果的最大相对误差为8.1%.在满足工程误差允许前提下,该方法相对于传统边界元模拟电荷法运算速度快、内存消耗少、计算精确度高,适合于求解大尺度多未知量、多自由度的工频电场计算问题.     

采用BEM计算高压变电站工频电场

高压变电站内的工频电场的计算与评测日益重要。采用BEM法对一500 kV变电站500 kV开关场区域的设备与母线产生的工频电场进行了计算。采用BEM计算变电站内母线以及开关场设备产生的工频电场时,可以避免采用FEM计算时的三维剖分,计算结果表明,变电站内设备在周围产生的电场强度与其顶部的母线的高度有关,电场强度的大小分布规律与母线的高度规律基本一致。直流条件下计算的电场分布较交流条件下的要大,因此在计算变电站内工作走廊内的电场强度,对于设备以及母线的场源参数应按交流进行设置。     

500kV超高压变电站整体工频电场仿真计算与测量分析

首先介绍了改进的模拟电荷法,通过对重庆市陈家桥500k V变电站模型的建立,计算分析了整个变电站内离地1.5m处的工频电场,同时对站内500k V开关场区域、220k V开关场区域和其他站内重要区域的路径、设备等进行了仿真计算分析。结果表明,本文算法与变电站实际测量值吻合良好,校验了算法的正确性。变电站内绝大部分工频电场都位于工频电磁场安全防护等级Ⅰ。本文算法为快速分析超高压变电站站内工频电场分布情况提供了有效方法,同时能够预测其他变电站内的工频电场强度及避免站内职员暴露在电场强度超标区域。     

220kV变电站工频电场的仿真分析

近年来随着我国电网的飞速发展,电磁环境问题引起了社会的广泛关注,特别是变电站的工频电场问题越来越受到人们的重视。文章基于模拟电荷法提出了一种简化的算法,通过对变电站进行整体建模,仿真计算离地1.5m处的电场分布。通过与CDEGS软件仿真结果及现场实测数据的比较,验证了该算法的正确性。最后对某220k V变电站进行计算分析,讨论了设备高度、进出线相间距和相序排列对变电站工频电场分布影响,结果表明提高导线对地高度、减小相间距、合理的线路相序排列都能降低变电站内的电场强度,为变电站工频电场强度的分析与设计提供了参考。     

特高压交流变电站设备附近工频电场计算

为了系统研究特高压交流变电站电磁环境建模方法和预测计算,针对特高压交流变电站设备附近电场的复杂性,提出了基于边界元原理的线模型和面模型相结合的3维工频电场计算方法,建立了基于边界元法的导线仿真模型,并推导了线模型的计算公式。将线模型引入边界元法与面模型结合共同模拟结构复杂的电气设备,通过计算设备的表面电荷和导线的等效电荷得出设备周围的空间电场分布;分析计算了国内晋东南1000 kV特高压交流变电站高压并联电抗器附近离地1.5 m平面上的工频电场分布。计算结果表明,线模型大大提高了计算的效率。通过与现场测量数据的比较,证实了该算法的有效性。     

考虑接地导体时500kV开关场内的工频电场

为了深入研究变电站内工频电场在有无考虑站内电气设备接地体影响时的分布情况,推导了计算开关场内工频电场的三维模拟电荷法,以500 k V变电站为例,对变电站500 k V开关场及各类电气设备的接地体进行模型建立与工频电场分布的计算分析。首先,通过仿真结果与实测结果的对比,验证所建模型的正确性;然后分析了变电站站内有无电气设备接地体影响时的工频电场分布情况。文章方法为考虑接地体影响时站内工频电场的计算与分析提供了一种有效、快捷的途径。     

基于模拟电荷和边界元法的变电站工频电场分布仿真研究

本文提出了一种模拟电荷法和边界元法相结合的方法,将变电站内设备的影响考虑进去,可更加准确地确定变电站内工频电场分布,并且本文采用了合理简化剖分的方法,减少了冗长的叠加过程,在保证了计算精度的同时,大大缩短了计算时间,为变电站内工频电场计算提供了一种快速有效的方法。本文仿真结果与变电站实测结果基本一致,证明该方法能够用于变电站工频电场分布的预测。     

三维边界元法计算变电站空间工频电场环境*

在特高压交流变电站设计过程中,确定变电站空间电场尤其是设备附近电场的分布是相当重要的。针对变电站附近设备电场分布的复杂性,提出了三维边界元法对荆门1 000 k V变电站设备附近电场进行模拟研究,推导了三维空间合成电场极值的计算公式,并通过ANSYS仿真软件建立相应的仿真模型,对此方法进行验证,其理论计算结果与仿真结果基本一致,证明了该算法的正确性和有效性。     

粒子群优化模拟电荷法在HGIS工频电场计算中的应用

近年来,复合型气体绝缘组合开关设备（HGIS）以其造价适中、占地面积小、运行安全可靠等优点,在我国超高压变电站建设中得到越来越多的应用。研究分析HGIS工频电场分布规律,对智能变电站设计与建设、电磁环境评估、消除民众对输变电工程电磁辐射不必要的担忧等有着重要的指导和现实意义。鉴于传统模拟电荷法（CSM）在布点和校验上过于繁琐,难以应对复杂计算场景的问题,本文提出将粒子群优化算法（PSO）和传统模拟电荷法结合,形成优化模拟电荷法（PSO-CSM）,并将其应用到500kV HGIS配电装置区工频电场的计算与分析中,计算分析配电装置区各主要设备对工频电场的影响以及整个配电装置区工频电场分布状况,并提出了电场优化的相关建议和改进措施。     

有限元电场计算时模型表面网格精细控制方法

大型复杂模型有限元电场求解过程中,所关注设备表面网格的精细化控制往往难度较大。为此,对有限元电场数值计算时网格划分的相关基本原则进行讨论,考虑实体模型的基本几何结构,提出了基于多层外包实体实现设备表面网格精细控制的思想,在此基础上研究了有限元建模方法。以简单三维模型为例,分别介绍了外包实体生成算法、区域划分原则及相关操作流程。以标准模型为例介绍了所提方法的具体应用过程,同时对外包实体的参数设定进行了讨论。将该方法应用于±1100 kV特高压换流站直流阀厅设备表面电场计算中,计算所得模型表面电场过渡平滑,电场强度最大值为13.8 kV/cm。该方法有效实现了模型表面网格的精细控制,对大型复杂有限元模型的高效、精确建模具有一定的指导意义。     

Remote sensing system for spatial electric field strength using free space light transmission

Most of the breakdowns in an electric power system are caused by lightning to the tower used for high‐voltage transmission wires. To avoid accidents due to lightning, it would be desirable to develop a measurement system for the spatial electric field distribution around the tower. We have developed a new system that can measure the electric field around the steel tower for electric power transmission by using an optical electric sensor. In conventional methods, the sensor is generally illuminated by light transmitted by optical fibers. On the other hand, the new measurement system illuminates the Pockels sensor directly by using a laser to measure the far electric field. Furthermore, our newly proposed feedback system makes it possible to measure the spatial electric field without concern for the change of Pockels sensor's operation point influenced by temperature change. This system is applicable as a remote sensing system to monitor the spatial electric field around a high‐voltage transmission line. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 162(2): 10–19, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20552     

GIS very fast transients overvoltage testing using electric field measurements

ABSTRACT

The Insulated problem, which is caused by very fast transients overvoltage (VFTO) associated with the switch operation of GIS (Gas Insulated Substations), is becoming increasingly serious. According to the linear relationship between electric field intensity and the voltage of the circuit, in this paper describes a method for measurement of VFTO based on electric field measurement. To measurement of VFTO, the data, which is collected by electric field sensor on basis of the electric field change along with the voltage change in GIS switch circuits, will be used for examining the relationship between electric field intensity and the voltage of the circuit, as well as be used for seeking the experimental best-fit. Then, this paper firstly makes theoretical modeling of VFTO, make numerical simulation calculation. Meanwhile, the response characteristics and the frequency band of the electric field sensor were tested by sine sweep test and square-wave response test. Especially, the sensor has the low-frequency cut-off frequency (<20 Hz) and the high-frequency cut-off frequency (>134 MHz). After that, the paper will carry out the high voltage amplitude measurement experiment. Finally, according to the assessment by building a simulation test platform based on theoretical modeling to measure VFTO, the finding demonstrates that the sensor can measure the very fast transient overvoltage effectively.     

高压电流互感器泄漏电流测量及消除方法研究

针对高压状态下泄漏电流影响标准电流互感器、无法准确地检测高压计量设备的问题,研制了一套零泄漏电流高压电能标准装置。解决了泄漏电流影响标准电流互感器准确测量问题,填补了电能标准装置泄漏电流消除领域技术空白。阐述了泄漏电流产生的原理并分析了其对电流互感器的误差影响,提出了基于互感器校验仪的泄漏电流测量方法,可实现电流互感器屏蔽和绝缘水平精准评估。实验证明所研制的零泄漏电流高压电能标准装置能消除泄漏电流,实现在模拟运行工况下对高压电能计量设备的误差检测。     

110kV劣化瓷质悬式绝缘子空间电场研究

输电线路运行的绝缘子发生劣化时,其周围空间电场相对正常状态会发生局部畸变,因此比较和分析绝缘子劣化前后的电场分布特性,可以识别出劣化绝缘子。文章通过有限元仿真软件建立110 k V瓷质悬式绝缘子的1:1有限元电场仿真模型,得到绝缘子串性能良好时的电场分布参考曲线;通过改变绝缘子串劣化位置和程度,获得劣化状态下绝缘子串的空间电场分布变化曲线。仿真结果表明:绝缘子串劣化区域的轴向电场强度显著降低,其中零值绝缘子比低值绝缘子的下降程度更为突出;另外随着测量距离的增大,劣化绝缘子造成的电场畸变逐渐减弱。在高压实验大厅搭建绝缘子空间电场实验平台,用光学电场传感器测量了绝缘子串在不同情况下的轴向电场并通过"直线归一法"对测量数据进行了处理,试验结果表明:劣化绝缘子附近的轴向电场显著减小,与仿真结果一致。因此,测量空间电场可以实现劣化绝缘子的带电检测。     

基于Wiener级数的交流充电桩电能计量方法研究

针对矩阵式交流充电桩充电时会产生具有冲击性和强时变性的随机扰动,导致其在电能计量周期内计量不准确的问题,提出了基于Wiener泛函级数建立的交流充电桩侧的电网电能计量数学模型。利用该模型可以优化输出的电压、电流同步采样值。同时采用小波算法对电压、电流信号分解与重构,以求得功率潮流分析所需的基波分量与畸变分量,并结合IEEE-Std1459-2010定义,对电压、电流突变的功率潮流进行分析实验。通过Matlab仿真验证了该模型的正确性。实验结果表明,所用的方法在交流充电桩电能计量时误差达到了0.001数量级,提高了交流充电桩的计量精度,有效地解决了在随机扰动情况下交流充电桩电能计量不准的问题。     

考虑变电站内开关设备影响时站内工频电场的计算方法

高压变电站内工作走廊的工频电磁场评估已经日益重要。因此,笔者基于边界元法(BEM)与模拟电荷法(CSM),研究了考虑变电站内关键设备影响时,变电站工作走廊内的工频电场计算模型与方法。针对变电站内设备的结构特性,推导了悬浮电极、介质分界面的间接边界积分方程,以及相应的代数方程与矩阵元素的计算公式,实现了在考虑站内主要设备影响的前提下,变电站内工频电场的计算方法。最后以一个500 kV变电站为例,进行了站内单个设备与单相设备的工频电场计算,并采用了IES-Coulomb软件进行了仿真,验证了计算结果的正确性。文中模型与方法可用于计算特高压变电站内的工频电场,因此在进行特高压变电站设计时,可采用该方法对变电站工频电场进行估算,改善工作走廊的工频电场分布。