应用快速多极子边界元法的块状土壤结构地网接地参数算法研究

为解决传统边界元法因其系数矩阵的存储量与求解未知量成平方关系,因而受计算机内存的限制无法求解剖分量巨大的大规模块状土壤下地网接地参数计算问题,提出用快速多极子边界元法进行求解,利用建立三维自适应八叉树的存储结构代替传统的系数矩阵存储形式。与传统边界元法相比,存储量大大减少,计算效率也明显提高。对小规模块状土壤接地模型进行编程计算,通过与传统边界元法及CDEGS软件计算结果进行对比,证实了所提方法的正确性和高效性。对大规模块状土壤接地问题算例进行编程计算,证明了所提算法在求解大规模块状土壤接地问题上的优势,为进一步研究更加复杂的块状土壤接地问题提供了参考。     

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.     

应用快速多极子曲面边界元法的换流阀塔电场计算

直流换流阀塔电场的精确快速计算对于阀塔设计具有重要指导意义,但是阀塔结构复杂,规模巨大,多种介质混合存在,数值求解存在较大困难。针对该问题,提出多介质多极子曲面边界元法。以静电场多介质边界积分方程为基础,解决多介质共存问题。提出多介质情况下多极子的展开形式,利用改进的多极子方法加速基于坐标变换的曲面边界元,提高计算精度,降低计算代价。通过带有均压环的绝缘子模型,与不同方法比较验证算法的计算准确度和效率。使用实际换流阀塔模型研究绝缘子对金具表面电场的影响以及绝缘子内部电位和电场的分布情况。最后应用该算法分析±160kV换流阀单桥臂的电场。本文方法适合于分析多介质共存的大规模电场问题,是直流换流阀塔优化设计的有效工具。     

边界元法在均匀介质复合接地网接地参数计算中的应用

本文将边界元方法应用于均匀介质中复合接地网接地电阻、跨步电势、接触电势等参数的计算,详细介绍其方法原理及处理技术,实例计算表明,该方法计算速度快、精度高、占用计算机内存少.可供实际应用。     

边界元法在基础接地中的应用

将边界元方法应用于基础接地领域，获得了均匀介质中钢筋混凝土基础桩的接地电阻及其它各参数的计算方法，该方法具有计算精度高，运算速度快，占用计算机内存少等优点，是基础接地中比较理想的计算方法。     

边界元法在基础接地中的应用——混凝土基础桩接地电阻的计算

本文将边界元法应用于基础接地领域,获得了混凝土基础桩接地电阻的数值计算方法,论述了它的程序实现过程和处理技巧。通过实例计算并与解析解比较,结果表明该方法简单易行,精度较高,可供实际应用。最后做了应用计算举例。     

垂直层状介质中接地网接地参数的计算

本将边界元方法用于垂直层状介质中矩形接地网接地参数的计算，详细介绍了此方法的原理及实现技术，讨论了影响接地网接地电阻的各种因素。通过采用等比加密节点划分、远场影响考虑、系数矩阵快速形成等计算技术，编制了精度高、速度快、存储省接地网参数计算软件。实例计算表明，利用此方法计算垂直层状介质中接地网参数可得到满意的结果。     

边界元法在块状土壤结构接地中的应用研究

目前通常用直接边界元法和间接边界元法对块状土壤接地问题进行研究,但对这2种方法进行对比研究却鲜见报道。对地网处在块状土壤区域中的接地模型分别用直接边界元法和间接边界元法法进行原理推导,通过与接地软件CDEGS的计算结果进行对比表明2种方法及编程原理的正确性;计算结果表明在相同边界剖分方式下,直接边界元法在求解该块状土壤接地模型时需要的剖分单元数量比间接边界元法需要的剖分单元数量更少,而且随着块状土壤厚度的减小,直接边界元法在剖分数量上的优势更加明显且计算结果更加稳定。最后运用直接边界元法对较为复杂的块状土壤接地模型进行计算,计算结果对实际接地工程应用提供了参考。     

均匀地质水平接地网参数计算

边界元方法可用于任意地面形状的均匀地质水平接地网参数计算。经过等比加密节点划分、远场影响考虑、系数矩阵快速形成等计算技术处理，得到精度高、速度快、存储省和适用范围广的接地网参数计算软件。该方法和软件稍加修改，可用于任意地面形状分层地质接地网和任意形状接地网参数计算。     

接地网相关接地参数计算与仿真

常规的接地网参数计算方法只能得出接地参数的数值,不能直观反映跨步电压、接触电压和地面电位的分布,为此,提出了接地网参数数值计算方法。根据电流场理论,运用边界元法对接地网进行数学建模,通过Matlab软件计算了垂直二层介质下的接地电阻,同时借助其图像功能直观反映接地网的跨步电压、接触电压以及地面电位的分布。算例表明,该算法精确度高,能够适用于接地网接地参数的研究及工程应用。     

Application of the New Fast Multi-pole Boundary Element Method for Calculation of Electric Field

Abstract—By employing the analysis of storage and computation time in fast multi-pole algorithm, this article introduces a new fast multi-pole algorithm to solve the problem of large computation time in multi-pole transfer process of the original fast multi-pole boundary element method. The new method uses the index expansion form to complete the transfer process of multi-pole moments at the expense of a small amount of storage. The obtained computational efficiency is significantly improved. Finally, the two-dimensional plate capacitor model is used to verify the precision of the authors’ method, and the three-dimensional spherical capacitor model is used to verify the superiority of the new fast multi-pole algorithm in solving multi-freedom electric field distribution problems. The electric field distribution of a 110 kV substation switching field model is calculated by using the new fast multi-pole algorithm. Compared with the calculated and measured values, the error is less than 10% upon optimization of the model; therefore, this method is better able to solve large-scale, multi degree-of-freedom problems.     

结合矩量法和边界元法的综合接地算法研究

为解决复杂土壤条件下接地系统参数计算问题,结合矩量法和边界元法,提出了一种可计算土壤中含有不同电阻率媒质模型的新型接地数值算法。该算法在分层土壤模型计算方法基础上,将土壤中不同电阻率媒质表面进行块状剖分,通过计算每块边界单元的电荷量分析其对地下电场以及接地系统泄漏电流分步的影响。该方法弥补了目前接地计算方法只能处理分层土壤模型的缺点,可对既分层又分块的土壤模型进行计算。同时通过两个接地极模型的计算,证明了该方法的可行,并通过其计算结果与经典文献中计算结果以及实测结果的比较说明该方法的正确性。     

人工改善土壤后接地网接地参数的计算和分析

采用近似分析方法推导出在水平接地网接地导体周围人工改善土壤后水平接地网的等效接地导体半径,结合已有的均匀土壤中水平接地网接地电阻及最大接触电压的计算公式,提出人工改善土壤后水平接地网接地电阻及最大接触电压的计算方法,并通过分析得出:人工改善土壤对降低接地网接地电阻的作用甚微,但能有效降低接地网的最大接触电压。     

短距离法测量大型地网接地阻抗

分析和研究接地阻抗的测试原理,总结了接地阻抗常规测试方法的弊端。从测试电位变化最为缓慢的思路出发,结合对大型地网接地阻抗的实测对比,提出了适用于大型接地网接地阻抗测试的短距离方法。     

基于节点电压法的接地网暂态响应模型计算

基于改进的节点电压法,提出了一种接地网频域性能分析的数值计算方法,该方法考虑了导体阻抗的频率特性和接地网周围的土壤对导体散流性能的影响。该方法通过求解电磁场方程完成,运算实现简单,更直观地获得了地表电位的暂态响应性能。由于模型是针对接地网时域特性进行处理,更具有合理性和针对性,可计算雷电、短路电流等不同形式电流下的接地网暂态响应特性曲线。此模型简单,且在工程实际中有着足够的精度。     

两层土壤中变电站接地网的精确计算

复镜象法是一种模拟计算变电站接地网的新方法 ,该方法适用于多层大地模型中任意结构接地网的模拟。但在分析大型地网时 ,由于接地导体数n较大 ,接地电阻的互导矩阵阶数为n ,数据待求量则为n2 。这是一个很庞大的数据计算量 ,而提出的对称复镜象法则可以大大减少数据输入量 ,并用这种方法分析了几个实际的接地网 ,取得了满意的结果     

均匀土壤中矩形接地网的优化方法

地网接地导体非均匀布置可以在保证人员与设备安全的前提下,尽可能地节约金属材料。为了得到均匀土壤中地网的优化设计公式,找出均匀土壤中矩形地网的优化设计方法,基于CDEGS的地网模型,仿真得到了优化后接地导体的位置,通过变量替换研究了导体位置与编号之间的对应关系,并仿真分析了矩形地网优化效果。研究发现接地导体的编号与其位置服从某一确定的函数关系,该函数与导体的数量无关,只有两邻边导体分段数的比值最接近边长的比例时,接触电压与跨步电压才能达到最优效果。最后,给出了地网优化的数学公式及矩形地网的优化方法,该方法可以应用于平行的导体数量>20的地网,优化后跨步电压和接触电压均能满足电力行业标准DL/T 621-1997的要求。     

变电站接地网接地电阻近距离测法与系统开发

提出了变电站接地网接地电阻近距离测量方法 ,并据此方法开发了变电站接地网考虑实际土壤分层情况的接地电阻近距离测量系统。通过计算得到一定电流极位置下电压极的合理位置 ,极大地缩短了电流极和电压极引线的长度。该系统采用异频测量原理 ,电源频率避开工频 ,注入电流小 ,设备轻便 ,测量的危险性小。该测量系统已通过实际测试验证     

220kV变电站接地设计

结合山东济南220 kV大桥变电站接地设计,对变电站接地网和接地材料选择,接地网布置方式及施工运行维护进行深入探讨。详细介绍了铜接地材料、接地网的不等间距布置方式以及降阻措施,阐述目前变电站接地网在设计中应该注意的问题及接地网施工具体方法。