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複雜環境下輸電工程運行特性數學模型及仿真（簡體書）
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商品簡介
目次
商品簡介
輸電線路對於提升資源開發和利用效率，具有卓越的經濟收益和顯著的社會效益。我國電網規模龐大、結構複雜，線路周圍環境複雜，造成輸電線路運行特性隨之複雜。本專著結合了我國輸電工程領域理論研究需求，致力於幫助研究生和本科生瞭解複雜環境下輸電線路運行特徵，詳細詮釋在臨近山火、管道、建築物等運行條件下，輸電線路的典型運行特徵理論描述。本專著基於吉林省輸電工程安全與新技術實驗室近年來在複雜環境下輸電工程領域的大量研究成果，系統地闡述複雜環境下輸電線路運行中的關鍵運行理論問題，並配以大量仿真實例。既作為碩博研究生攻讀學位的理論參考書，也可作為輸電工程學科方向的選修課教材。
目次
目錄
前言
緒論 1
0.1 輸電線路在複雜環境下運行的背景及重要意義 1
0.2 輸電線路運行特性基本概念 3
0.2.1 線路走廊 3
0.2.2 直流輸電線路的電暈放電 3
0.2.3 耦合影響 3
0.2.4 氣球邊界 4
0.2.5 有限元分析法 4
0.3 輸電線路運行特徵研究現狀 5
0.3.1 輸電線路鄰近障礙物的研究現狀 5
0.3.2 輸電線路周圍工頻電場研究現狀 6
0.3.3 山火模擬試驗研究現狀 7
第一篇 輸電線路鄰近建築物運行特徵
第1章 輸電線路鄰近建築物工頻電場分析 13
1.1 我國輸電線路線下電場限制的規定 13
1.2 輸電線路電場仿真流程及邊界選取原則13
1.3 輸電線路鄰近建築物周圍電場分佈建模仿真 15
1.3.1 建立輸電線路仿真模型 15
1.3.2 不同相序線下電場計算 17
1.3.3 最優相序推薦 20
1.3.4 對地安全距離推算 21
1.4 本章小結 23
第2章 輸電線路鄰近建築物安全距離比選 24
2.1 輸電線路與建築物安全距離要求 24
2.2 構建建築物數學模型 24
2.3 左右對稱掛線雙回線路鄰近建築物電場分析 27
2.3.1 仿真模型及網格劃分 27
2.3.2 輸電線路鄰近建築物電場分析 28
2.3.3 輸電線路鄰近建築物安全距離推算 30
2.3.4 建築物對電場的影響分析 36
2.4 右側單邊掛線雙回線路鄰近建築物電場分析 37
2.4.1 建立模型及電場分析 37
2.4.2 各種故障狀態下線路與觀測面間安全距離推算 40
2.4.3 風偏時線路與建築物間安全距離推算 54
2.5 本章小結 55
第二篇 輸電線路鄰近管道運行特徵
第3章 電磁干擾影響分析及計算感性電壓 59
3.1 電磁影響的對象及安全限值 59
3.1.1 電磁影響涉及的對象 59
3.1.2 輸電線路對天然氣管道的電磁影響限值 60
3.2 電磁干擾的機理分析 61
3.2.1 容性耦合影響 62
3.2.2 阻性耦合影響 62
3.2.3 感性耦合影響 62
3.3 基於管道大地數學模型的感性耦合電壓計算 62
3.4 本章小結 65
第4章 利用CDEGS軟件進行電磁干擾的仿真計算 67
4.1 建立仿真系統 67
4.1.1 系統結構描述 67
4.1.2 系統結構模型的相關參數 67
4.2 仿真計算及結果分析 70
4.2.1 穩態條件下電磁干擾的仿真計算及結果分析 71
4.2.2 穩態條件下影響電磁干擾因素的計算分析 72
4.2.3 暫態條件下電磁干擾的仿真計算及結果分析 79
4.2.4 暫態條件下影響電磁干擾因素的計算分析 81
4.3 本章小結 82
第5章 計算分析與評估管道的交流腐蝕 83
5.1 管道交流腐蝕的評價準則及計算方法 83
5.2 穩態運行下管道交流腐蝕的計算與評估 84
5.3 本章小結 85
第6章 電磁影響超標的防護 86
6.1 穩態運行下管道交流腐蝕超標的防護 86
6.2 單相短路故障時管道對地電壓超標的防護 88
6.2.1 接地墊防護 89
6.2.2 絕緣墊或敷設絕緣地面防護 89
6.2.3 針對管道對地電壓超標的防護措施 90
6.3 本章小結 91
第三篇 輸電線路鄰近樹木運行特徵
第7章 特高壓直流輸電線路線下樹障隱患淨空距離數學模型 95
7.1 引言 95
7.2 建立導線應力弧垂動態數學模型 95
7.2.1 建立動態應力數學模型 95
7.2.2 建立弧垂與應力之間的非線性光學數學關係 97
7.3 建立樹木生長高度預測數學模型 98
7.3.1 擬合樹木生長高度回歸方程 98
7.3.2 規劃求解生長方程參數 100
7.4 建立線下樹障隱患淨空距離數學模型 101
7.4.1 建立線下淨空距離數學模型 101
7.4.2 線下樹障隱患淨空距離數學模型實際應用 101
7.5 本章小結 103
第8章 特高壓直流輸電線路線下樹障隱患電場分佈仿真分析 104
8.1 引言 104
8.2 計算線下樹木空間間隙擊穿場強 104
8.3 線下樹障電場仿真流程 105
8.4 線路電場分佈建模與仿真分析 106
8.4.1 建立線下樹障隱患仿真模型 106
8.4.2 正極導線下樹障隱患電場分佈 107
8.4.3 負極導線下樹障隱患電場分佈 110
8.5 本章小結 113
第9章 特高壓直流輸電線路臨線樹障絕緣特性數學模型 114
9.1 引言 114
9.2 計算導線風偏位移 114
9.3 計算線旁樹障空間合成電場 116
9.3.1 計算單極導線標稱電場 116
9.3.2 解析法計算空間合成電場 117
9.3.3 計算線旁樹木間隙擊穿場強 119
9.3.4 建立臨線樹障隱患絕緣特性數學模型 120
9.4 臨線樹障隱患絕緣特性數學模型實際應用 120
9.5 本章小結 123
第10章 特高壓直流輸電線路臨線樹障隱患電場分佈仿真分析 124
10.1 引言 124
10.2 建立臨線樹障隱患仿真模型 124
10.3 臨線樹障隱患導線與樹木空間合成電場分佈仿真分析 125
10.3.1 正極導線旁樹木電場仿真分析 125
10.3.2 負極導線旁樹木電場仿真分析 130
10.3.3 正負極導線間樹木電場仿真分析 134
10.4 本章小結 139
第四篇 空氣濕度對特高壓直流輸電線路離子流場影響的研究
第11章 空氣濕度對離子流場影響機理的研究 143
11.1 直流輸電線路的電暈放電 143
11.2 直流輸電線路的離子流場 144
11.3 空氣濕度對離子流場影響的物理過程 144
11.3.1 環境空氣的組成 144
11.3.2 帶電離子碰撞水分子的物理過程 145
11.4 空氣濕度對離子流場的影響 145
11.4.1 空氣濕度對離子遷移率的影響 146
11.4.2 空氣濕度對起暈場強的影響 148
11.5 本章小結 149
第12章 空氣濕度影響下的±800kV輸電線路離子流場計算 150
12.1 考慮空氣濕度影響的離子流場計算模型 150
12.1.1 基本假設 150
12.1.2 離子流場的基本控制方程 151
12.1.3 邊界條件 151
12.2 離子流場的計算思路 152
12.2.1 有限元法求解泊松方程 153
12.2.2 上流有限元法求解電流連續性方程 153
12.2.3 考慮空氣濕度影響的離子流場計算流程 154
12.3 空氣濕度影響下的±800kV輸電線路地面離子流場計算 156
12.3.1 輸電線路模型 156
12.3.2 關鍵計算參數的確定 156
12.3.3 模型剖分與計算求解 159
12.3.4 計算結果與分析 160
12.3.5 計算結果驗證 161
12.4 本章小結 162
第13章 空氣濕度影響下的帶電作業人員體表電場分析 163
13.1 特高壓直流輸電線路帶電作業分析模型 163
13.1.1 帶電作業方式 163
13.1.2 杆塔、導線與人體模型 164
13.1.3 作業位置的選取 165
13.2 地電位作業時的人體電場分析 166
13.2.1 作業人員位於橫擔處的電位與電場分佈 166
13.2.2 作業人員位於杆塔側面的電位與電場分佈 169
13.3 中間電位作業時的人體電場分析 171
13.3.1 作業人員位於導線上方3m處的電位與電場分佈 171
13.3.2 作業人員位於導線水平方向3m處的電位與電場分佈 174
13.4 等電位作業時的人體電場分析 176
13.4.1 作業人員站在導線上時的電位與電場分佈 176
13.4.2 作業人員在導線側面時的電位與電場分佈 179
13.4.3 作業人員站在導線上張開雙臂時的電位與電場分佈 181
13.5 本章小結 183
第五篇 輸電線路鄰近山火運行特徵
第14章 山火致線路跳閘機理分析及合成電場計算方法 187
14.1 引言 187
14.2 山火致輸電線路跳閘的機理分析 187
14.2.1 火焰高溫致線路跳閘的作用機理 188
14.2.2 火焰高電荷密度致線路跳閘的作用機理 189
14.2.3 固體顆粒物致線路跳閘的作用機理 191
14.3 特高壓直流輸電線路合成電場計算方法 192
14.4 本章小結 196
第15章 建立山火條件下直流線路合成電場數學模型 197
15.1 引言 197
15.2 山火條件下直流輸電線路合成電場計算方法 197
15.2.1 建立山火條件下直流線路合成電場數學模型 197
15.2.2 基本假設及邊界條件 199
15.2.3 推導計算模型 199
15.2.4 合成電場計算流程 200
15.3 驗證計算方法正確性 202
15.4 分析計算結果 202
15.5 本章小結 205
第16章 火焰溫度及電荷密度對合成電場影響仿真研究 207
16.1 引言 207
16.2 建立山火條件下直流線路合成電場仿真模型 207
16.3 確定計算場域邊界條件及劃分網格 209
16.3.1 確定邊界條件 209
16.3.2 劃分有限元網格 209
16.4 驗證仿真方法正確性 210
16.5 火焰溫度及電荷密度對合成電場的影響仿真研究 210
16.5.1 建立有限元溫度場分析仿真模型 212
16.5.2 火焰溫度對擊穿場強的影響仿真研究 214
16.5.3 火焰電荷密度對合成電場的影響仿真研究 215
16.5.4 山火中合成電場計算結果與仿真結果對比分析 222
16.6 本章小結 223
第17章 山火中顆粒物對電場的影響仿真研究 224
17.1 引言 224
17.2 線路間隙顆粒物致電場畸變仿真研究 224
17.2.1 間隙距離及顆粒物尺寸變化致電場畸變仿真研究 227
17.2.2 顆粒物畸變範圍仿真研究 229
17.2.3 顆粒鏈致電場畸變仿真研究 230
17.3 導線表面顆粒物對電場的影響仿真研究 233
17.3.1 橢圓形顆粒物對電場的影響仿真研究 234
17.3.2 圓形顆粒物對電場的影響仿真研究 235
17.3.3 菱形顆粒物對電場的影響仿真研究 237
17.3.4 顆粒物種類對電場的影響仿真研究 238
17.4 本章小結 239
參考文獻 240
前言
緒論 1
0.1 輸電線路在複雜環境下運行的背景及重要意義 1
0.2 輸電線路運行特性基本概念 3
0.2.1 線路走廊 3
0.2.2 直流輸電線路的電暈放電 3
0.2.3 耦合影響 3
0.2.4 氣球邊界 4
0.2.5 有限元分析法 4
0.3 輸電線路運行特徵研究現狀 5
0.3.1 輸電線路鄰近障礙物的研究現狀 5
0.3.2 輸電線路周圍工頻電場研究現狀 6
0.3.3 山火模擬試驗研究現狀 7
第一篇 輸電線路鄰近建築物運行特徵
第1章 輸電線路鄰近建築物工頻電場分析 13
1.1 我國輸電線路線下電場限制的規定 13
1.2 輸電線路電場仿真流程及邊界選取原則13
1.3 輸電線路鄰近建築物周圍電場分佈建模仿真 15
1.3.1 建立輸電線路仿真模型 15
1.3.2 不同相序線下電場計算 17
1.3.3 最優相序推薦 20
1.3.4 對地安全距離推算 21
1.4 本章小結 23
第2章 輸電線路鄰近建築物安全距離比選 24
2.1 輸電線路與建築物安全距離要求 24
2.2 構建建築物數學模型 24
2.3 左右對稱掛線雙回線路鄰近建築物電場分析 27
2.3.1 仿真模型及網格劃分 27
2.3.2 輸電線路鄰近建築物電場分析 28
2.3.3 輸電線路鄰近建築物安全距離推算 30
2.3.4 建築物對電場的影響分析 36
2.4 右側單邊掛線雙回線路鄰近建築物電場分析 37
2.4.1 建立模型及電場分析 37
2.4.2 各種故障狀態下線路與觀測面間安全距離推算 40
2.4.3 風偏時線路與建築物間安全距離推算 54
2.5 本章小結 55
第二篇 輸電線路鄰近管道運行特徵
第3章 電磁干擾影響分析及計算感性電壓 59
3.1 電磁影響的對象及安全限值 59
3.1.1 電磁影響涉及的對象 59
3.1.2 輸電線路對天然氣管道的電磁影響限值 60
3.2 電磁干擾的機理分析 61
3.2.1 容性耦合影響 62
3.2.2 阻性耦合影響 62
3.2.3 感性耦合影響 62
3.3 基於管道大地數學模型的感性耦合電壓計算 62
3.4 本章小結 65
第4章 利用CDEGS軟件進行電磁干擾的仿真計算 67
4.1 建立仿真系統 67
4.1.1 系統結構描述 67
4.1.2 系統結構模型的相關參數 67
4.2 仿真計算及結果分析 70
4.2.1 穩態條件下電磁干擾的仿真計算及結果分析 71
4.2.2 穩態條件下影響電磁干擾因素的計算分析 72
4.2.3 暫態條件下電磁干擾的仿真計算及結果分析 79
4.2.4 暫態條件下影響電磁干擾因素的計算分析 81
4.3 本章小結 82
第5章 計算分析與評估管道的交流腐蝕 83
5.1 管道交流腐蝕的評價準則及計算方法 83
5.2 穩態運行下管道交流腐蝕的計算與評估 84
5.3 本章小結 85
第6章 電磁影響超標的防護 86
6.1 穩態運行下管道交流腐蝕超標的防護 86
6.2 單相短路故障時管道對地電壓超標的防護 88
6.2.1 接地墊防護 89
6.2.2 絕緣墊或敷設絕緣地面防護 89
6.2.3 針對管道對地電壓超標的防護措施 90
6.3 本章小結 91
第三篇 輸電線路鄰近樹木運行特徵
第7章 特高壓直流輸電線路線下樹障隱患淨空距離數學模型 95
7.1 引言 95
7.2 建立導線應力弧垂動態數學模型 95
7.2.1 建立動態應力數學模型 95
7.2.2 建立弧垂與應力之間的非線性光學數學關係 97
7.3 建立樹木生長高度預測數學模型 98
7.3.1 擬合樹木生長高度回歸方程 98
7.3.2 規劃求解生長方程參數 100
7.4 建立線下樹障隱患淨空距離數學模型 101
7.4.1 建立線下淨空距離數學模型 101
7.4.2 線下樹障隱患淨空距離數學模型實際應用 101
7.5 本章小結 103
第8章 特高壓直流輸電線路線下樹障隱患電場分佈仿真分析 104
8.1 引言 104
8.2 計算線下樹木空間間隙擊穿場強 104
8.3 線下樹障電場仿真流程 105
8.4 線路電場分佈建模與仿真分析 106
8.4.1 建立線下樹障隱患仿真模型 106
8.4.2 正極導線下樹障隱患電場分佈 107
8.4.3 負極導線下樹障隱患電場分佈 110
8.5 本章小結 113
第9章 特高壓直流輸電線路臨線樹障絕緣特性數學模型 114
9.1 引言 114
9.2 計算導線風偏位移 114
9.3 計算線旁樹障空間合成電場 116
9.3.1 計算單極導線標稱電場 116
9.3.2 解析法計算空間合成電場 117
9.3.3 計算線旁樹木間隙擊穿場強 119
9.3.4 建立臨線樹障隱患絕緣特性數學模型 120
9.4 臨線樹障隱患絕緣特性數學模型實際應用 120
9.5 本章小結 123
第10章 特高壓直流輸電線路臨線樹障隱患電場分佈仿真分析 124
10.1 引言 124
10.2 建立臨線樹障隱患仿真模型 124
10.3 臨線樹障隱患導線與樹木空間合成電場分佈仿真分析 125
10.3.1 正極導線旁樹木電場仿真分析 125
10.3.2 負極導線旁樹木電場仿真分析 130
10.3.3 正負極導線間樹木電場仿真分析 134
10.4 本章小結 139
第四篇 空氣濕度對特高壓直流輸電線路離子流場影響的研究
第11章 空氣濕度對離子流場影響機理的研究 143
11.1 直流輸電線路的電暈放電 143
11.2 直流輸電線路的離子流場 144
11.3 空氣濕度對離子流場影響的物理過程 144
11.3.1 環境空氣的組成 144
11.3.2 帶電離子碰撞水分子的物理過程 145
11.4 空氣濕度對離子流場的影響 145
11.4.1 空氣濕度對離子遷移率的影響 146
11.4.2 空氣濕度對起暈場強的影響 148
11.5 本章小結 149
第12章 空氣濕度影響下的±800kV輸電線路離子流場計算 150
12.1 考慮空氣濕度影響的離子流場計算模型 150
12.1.1 基本假設 150
12.1.2 離子流場的基本控制方程 151
12.1.3 邊界條件 151
12.2 離子流場的計算思路 152
12.2.1 有限元法求解泊松方程 153
12.2.2 上流有限元法求解電流連續性方程 153
12.2.3 考慮空氣濕度影響的離子流場計算流程 154
12.3 空氣濕度影響下的±800kV輸電線路地面離子流場計算 156
12.3.1 輸電線路模型 156
12.3.2 關鍵計算參數的確定 156
12.3.3 模型剖分與計算求解 159
12.3.4 計算結果與分析 160
12.3.5 計算結果驗證 161
12.4 本章小結 162
第13章 空氣濕度影響下的帶電作業人員體表電場分析 163
13.1 特高壓直流輸電線路帶電作業分析模型 163
13.1.1 帶電作業方式 163
13.1.2 杆塔、導線與人體模型 164
13.1.3 作業位置的選取 165
13.2 地電位作業時的人體電場分析 166
13.2.1 作業人員位於橫擔處的電位與電場分佈 166
13.2.2 作業人員位於杆塔側面的電位與電場分佈 169
13.3 中間電位作業時的人體電場分析 171
13.3.1 作業人員位於導線上方3m處的電位與電場分佈 171
13.3.2 作業人員位於導線水平方向3m處的電位與電場分佈 174
13.4 等電位作業時的人體電場分析 176
13.4.1 作業人員站在導線上時的電位與電場分佈 176
13.4.2 作業人員在導線側面時的電位與電場分佈 179
13.4.3 作業人員站在導線上張開雙臂時的電位與電場分佈 181
13.5 本章小結 183
第五篇 輸電線路鄰近山火運行特徵
第14章 山火致線路跳閘機理分析及合成電場計算方法 187
14.1 引言 187
14.2 山火致輸電線路跳閘的機理分析 187
14.2.1 火焰高溫致線路跳閘的作用機理 188
14.2.2 火焰高電荷密度致線路跳閘的作用機理 189
14.2.3 固體顆粒物致線路跳閘的作用機理 191
14.3 特高壓直流輸電線路合成電場計算方法 192
14.4 本章小結 196
第15章 建立山火條件下直流線路合成電場數學模型 197
15.1 引言 197
15.2 山火條件下直流輸電線路合成電場計算方法 197
15.2.1 建立山火條件下直流線路合成電場數學模型 197
15.2.2 基本假設及邊界條件 199
15.2.3 推導計算模型 199
15.2.4 合成電場計算流程 200
15.3 驗證計算方法正確性 202
15.4 分析計算結果 202
15.5 本章小結 205
第16章 火焰溫度及電荷密度對合成電場影響仿真研究 207
16.1 引言 207
16.2 建立山火條件下直流線路合成電場仿真模型 207
16.3 確定計算場域邊界條件及劃分網格 209
16.3.1 確定邊界條件 209
16.3.2 劃分有限元網格 209
16.4 驗證仿真方法正確性 210
16.5 火焰溫度及電荷密度對合成電場的影響仿真研究 210
16.5.1 建立有限元溫度場分析仿真模型 212
16.5.2 火焰溫度對擊穿場強的影響仿真研究 214
16.5.3 火焰電荷密度對合成電場的影響仿真研究 215
16.5.4 山火中合成電場計算結果與仿真結果對比分析 222
16.6 本章小結 223
第17章 山火中顆粒物對電場的影響仿真研究 224
17.1 引言 224
17.2 線路間隙顆粒物致電場畸變仿真研究 224
17.2.1 間隙距離及顆粒物尺寸變化致電場畸變仿真研究 227
17.2.2 顆粒物畸變範圍仿真研究 229
17.2.3 顆粒鏈致電場畸變仿真研究 230
17.3 導線表面顆粒物對電場的影響仿真研究 233
17.3.1 橢圓形顆粒物對電場的影響仿真研究 234
17.3.2 圓形顆粒物對電場的影響仿真研究 235
17.3.3 菱形顆粒物對電場的影響仿真研究 237
17.3.4 顆粒物種類對電場的影響仿真研究 238
17.4 本章小結 239
參考文獻 240
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