变电站接地网的频域有限元方法

变电站接地网的安全性问题已成为电力系统电磁兼容的重要研究课题之一。文中基于有限元方法，将接地网一维导体单元与三维土壤单元相耦合，并考虑导体阻抗的频变特性，研究变电站接地网的接地性能。与三维有限元的A-V方法相比，该文计算方法的计算量大大降低，同时可以考虑频率对接地网接地性能的影响。通过与矩量法和测量结果进行比较，验证了该计算方法的正确性和有效性。利用计算得到的接地网导体轴向电流和土壤泄漏分布电流，进一步计算了接地网产生的空间磁场强度。结果表明，文中方法与矩量法的计算结果略有差异，原因在于矩量法中未考虑土壤泄漏分布电流的影响，文中计算方法可以方便地应用于复合土壤结构的接地网的接地性能分析。     

基于三维有限元寻优方法的交流接触器磁系统静态特性分析

通过三维有限元方法分析交流接触器操作电磁铁的静态特性.由于计算中给定的是电磁铁的线圈电压,而有限元计算则是在给定电流条件下进行的,因而必须把电磁场计算与交流电路方程耦合求解.本文采用寻优方法求解该问题,同时用上述方法计算了不同供电频率下的吸力特性.     

有限元分析法在变电站接地电阻短距测量方法中的应用

运用有限元计算软件ANSYS对变电站接地电阻的短距测量方法进行了研究。借助于ANSYS中的电流场分析模块,对引入电流极前后接地网的地表电位分布进行了计算分析,并根据补偿法原理计算得出电压极的测量位置。依据该计算分析结果,对接地网的接地电阻进行了实际测量。实验结果与计算结果吻合良好,验证了有限元分析在接地电阻短距测量法中应用的有效性。在此基础上,再次利用ANSYS对分层土壤的情况进行了研究分析,体现了有限元分析方法的灵活性与实用性。     

直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析

高压直流输电系统处于单极大地回线运行方式时,有很大的直流电流通过直流接地极流入大地,这将造成接地极本身及附近输电杆塔接地网的腐蚀。在理论分析接地极和杆塔接地网电磁场的基础上,应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,以德宝直流输电工程千阳接地极为例,建立了多层大地土壤结构下的直流接地极和杆塔接地网数值模型,添加相关边界条件,进行网格划分处理,计算分析了接地极地表电位分布规律,并对杆塔接地网附近电位及泄漏电流密度进行了研究,结果发现:接地极地表电位沿径向距离逐渐降低;杆塔接地网本体上的电位最高,接地网的射线末端泄漏电流密度最大,射线首端的泄漏电流密度最小,接地网矩形与射线的连接处电流密度有突变。该研究对掌握直流接地极及杆塔接地网周围电场分布情况和腐蚀规律,具有重要的意义。     

考虑土壤电离动态过程的接地体有限元模型

准确地分析接地装置的动态冲击特性是接地优化设计和输电线路防雷计算的基础。针对冲击电流下接地导体周围土壤电离区域的时变性及其沿接地导体分布的不均匀性,基于电磁场理论,建立了考虑土壤动态电离过程的计算接地体冲击特性的有限元模型。其中对于冲击电流经接地体流散产生的地中时变电磁场,采用空间电磁场有限元格式与时域有限差分格式相结合的算法,计算接地体冲击散流的动态物理过程;将离散土壤单元的电阻率设置为对应时刻该单元电场强度的函数,实现由时变的空间电场分布控制土壤特性,准确地模拟冲击散流过程中土壤参数的分布时变性;同时,引入空间坐标变换解决了有限元计算中无穷散流空间与有限的计算资源之间的矛盾,在保证计算准确度的基础上减少了计算量。通过与文献数据以及接地装置冲击散流特性模拟试验结果的对比,验证了该计算方法的有效性。     

有限元分析三维涡流场的A,,V—Ψ方法

本文建立了有限元分析三维涡流场的A,V-ψ方法的数学模型,讨论了标量电位V在涡流计算中的作用,详细推导了A,V-ψ方法的Galerkin有限元离散过程及系数矩阵的计算公式,并给出了矢量磁位A与标量磁位ψ间的耦合形式。最后用国际TEAM问题7验证了A,V-ψ方法计算三维涡流场的有效性。     

复杂土壤结构对水电站接地装置散流机理影响分析

准确计算复杂土壤结构中接地装置接地参数及其散流机理是水电站接地装置合理优化设计的基础。提出考虑大范围复杂土壤结构的接地装置有限元计算方法,针对有限元数值计算方法中大范围求解区域和接地导体截面尺寸的差异导致的计算量过大问题,采用二维接地导体与三维散流土壤耦合的有限元数值计算方法;基于有限元模型分别建立垂直三层土壤模型、块状土壤模型以及落差土壤模型,对接地装置散流过程中土壤中的电流密度、电场强度分布规律进行了详尽分析;并对河道两岸土壤电阻率、河水深度对水电站接地网散流过程及接地电阻的影响规律进行了定量分析。对比分析了三种不同土壤模型对水电站接地网散流过程及接地电阻的影响规律,结果表明河水深度是影响接地装置散流过程的重要因素,复杂土壤结构中水电站接地网设计中宜采用考虑实际河水深度的块状土壤模型和落差土壤模型。     

平板式横向磁场永磁电动机三维有限元分析

平板式结构是横向磁场永磁电动机中较为简单的一种结构,文中对平板式结构的定位力特性和"力一位移"特性进行了理论研究.应用Ansoft有限元分析软件对平板式的几种典型结构进行三维建模,并求得了几种结构在一定电枢电流下电磁力随电角度变化的关系曲线.通过比较有限元计算与理论分析的结果,验证了理论分析的正确性.然后对不同结构的出力特性进行了分析比较,提出一种较优的平板式结构,为平板式横向磁场永磁电机的优化设计抛砖引玉.     

瞬时脱扣器的三维磁场有限元分析与等值磁路

借助三维矢量场分析软件包ＶＥＣＴＯＲ ＦＩＥＬＤＳ对瞬时脱扣器建立了三维有限元模型,并对其磁场分布及静态吸力特性进行了计算,同时也采用了磁路的方法计算了静态特性并将计算结果同前者进行了比较。还对短路电流到来后、瞬时脱扣器的动态特性进行了计算和分析。     

永磁电机转子强度接触有限元分析

永磁电机转子强度计算的难点在于电磁场产生的电磁力与边界接触力的耦合作用的计算.本文应用有限元分析软件Ansys,通过二维电磁-结构耦合场对永磁电机转子强度进行求解,获得了在计及电磁耦合作用条件下的永磁电动机转子强度计算结果,并得出了电机转子的应力分布情况,为此类电机设计提供了参考.     

有限元法分析高压架空线路附近电场分布

为准确得到实际建筑物及其周围场强分布,应用三维有限元法分析高压架空线路附近建筑物及其邻近区域中的电场分布。采用的模型考虑了高压架空线和实际建筑物(即建筑物墙壁、楼层间钢筋等)结构,并用六面体单元剖分整体模型以减少三维模型单元数量和提高计算精度。再应用子模型法校核计算结果的准确性,然后分别计算空间中有建筑物时房屋顶部和内部和无建筑物时同样位置的电场分布。最后讨论建筑物对其外部电场的畸变作用及对其内部电场的屏蔽作用。结果表明:架空线路附近的建筑物会改变空间电场分布,且建筑物附近电场强度的最大值出现在建筑物外廓尖角处。     

Method for calculating the ground resistance of grounding grids using FEM

Taking as given that ground resistance is independent of earth fault current, this paper presents a new way of calculating ground resistance of grounding grids using the finite-element method (FEM). Ground resistance is calculated by means of three consecutive tests, with an acceptable number of elements, and fast resolution. The results of the proposed method are compared with those measured experimentally or determined by other authors. Once ground resistance and earth fault current are known, grid potential and touch-and-step voltages are calculated. The main advantage of the method proposed here is that it permits us to analyze symmetrical and nonsymmetrical grids of any shape in uniform, two-layer, and multilayer soils. The method developed in this paper constitutes a fast-resolution industrial application, with acceptable results, for calculating the ground resistance of grounding grids of any shape.     

基于无人机激光雷达技术的输电线路走廊清理方法

根据输电线路运维要求,提出了一种基于无人机激光雷达技术的输电线路走廊清理方法。首先采用自适应滤波法对无人机激光雷达点云数据中的地面进行分离,然后根据点云邻域内的点集组成的协方差矩阵奇异值构成的维度特征和方向特征对导地线、杆塔和典型地物进行分类。再通过悬链线方程建立输电线路三维模型,并基于网格剖分方法计算输电走廊中地物与输电线路导线的距离,最后根据规程对不满足安全距离要求的树木和建筑自动计算得出清理区域。将自动计算结果与人工计算分析结果进行了比对,验证了提出方法的准确性和有效性。结果表明,提出的走廊清理方法具有误差小和效率高的特点,且利于输电线路运维工作。     

复杂地质条件下超大型洞室群有限元网格的自动生成

本文提出的“断面节点控制法”通过建立少量的以地质勘探剖面图为基础的主控制断面,经主控制断面二维网格划分、次控制断面衍生和运用多种合拆、连接及插值方法,对含有大型地下洞室群的复杂地层,进行了可供渗流有限元计算的三维空间计算网格的自动生成。该法较好地解决了当计算对象边界复杂、材料分区多变、研究区域庞大时,给自动形成三维有限元网格带来的不便和困难。多个工程实例应用表明,该法运用简单、适应性强、效率较高。     

发电厂、变电站接地系统设计软件的开发及应用

介绍了一套发电厂、变电站接地系统设计软件GPDS的开发及应用。所用接地参数的算法结合点源法和二次分段技巧 ,兼顾了计算的准确度和速度 ;给出了三维地网中垂直接地极和水平地网均压带的优化布置法 ;应用表明该软件计算准确、设计合理、使用方便 ,适合现场需求     

一种新型接地装置的开发及应用

提出了一种可以明显降低接地电阻的新型接地装置,章从理论上分析了该接地装置的降阻机理及其在复合地网中的降阻效果,给出了应用该新型接地装置的工程设计方法和计算公式,并通过模拟试验和实际工程应用验证了理论分析所得的结论。模拟试验和工程应用结果均表明,新型接地装置在土壤电阻率较高或地网占地面积较小的接地工程中,具有散流特性好、降阻效果好等优点,能较好地适用于高土壤电阻率和占地面积较小的接地工程。     

三峡电站模型地网接地电阻小比例模型试验研究

三峡电站所在地区的土壤深处及河床以下为高电阻率的花岗岩结构,要降低其接地电阻相当困难。文献[2]对三峡电站的模型地网进行了计算,认为在一定的技术经济条件下,将三峡电站的接地电阻降低至0．15Ω及以下是可能的。本文采用小比例模型试验方法,建立了既有水平分层又有垂直分层的试验模型,对三峡电站的模型地网的接地电阻进行了测量,并将结果与文献[2]的计算结果进行了比较,结果表明模型试验测量结果与接地计算程序的计算结果是接近的,相差不超过8％。     

An accurate magnetic field analysis for estimating motor characteristics taking account of stress distribution in the magnetic core

This paper discusses an accurate magnetic field analysis that addresses stress distribution in the magnetic core by using the finite-element method (FEM) to estimate motor characteristics. This analysis method consists of the following steps: 1) measurement of the magnetic characteristics of electrical steel sheets in a state where stress is added; 2) calculation of deformation and stress distribution using structural analysis; 3) preprocessing of the magnetic field analysis, which generates the FEM mesh taking account of the deformation by stress and the changes of the magnetic properties in each of the core elements corresponding to stress distribution; and 4) magnetic field analysis using the data measured in step 1) and the FEM mesh generated in step 3). As an example, a result of a permanent magnet motor's cogging torque calculation is shown, focusing on stress in the stator core resulting from shrink fitting into the frame. As a result, the cogging torque waveform was shown to differ depending on the shape and the materials of the frame.     

基于时步有限元的永磁同步电机稳态参数改进计算方法

永磁电机的稳态电抗是其重要参数之一。针对永磁电机相对于异步电机结构复杂、饱和严重不均匀,局部饱和严重,难以使用磁路分析的方法准确地求得电抗参数的问题,本文以22kW样机为例,研究了负载运行时交叉饱和效应以及该效应对永磁感应电动势的影响,揭示了使用常规矢量图法测试电抗参数的不足。采用时步有限元方法计算了在负载饱和条件下由永磁体激励感应的有直、交轴分量的永磁电动势,得到改进的矢量图,提出了电抗参数的改进算法。结合使用常规矢量图法的实测数据,对比常规矢量图法和改进矢量图法的计算结果,说明改进矢量图法可以克服常规矢量图不足,提高计算的准确性。