复杂环境下输电工程运行特性数学模型及仿真

输电线路对于提升资源开发和利用效率，具有很好的经济收益和显著的社会效益。我国电网规模庞大、结构复杂，线路周围环境复杂，造成输电线路运行特性随之复杂。本专著结合了我国输电工程领域理论研究需求，致力于帮助研究生和本科生了解复杂环境下输电线路运行特征，详细诠释在临近山火、管道、建筑物等运行条件下，输电线路的典型运行特征理论描述。本专著基于吉林省输电工程安全与新技术实验室近年来在复杂环境下输电工程领域的大量研究成果，系统地阐述复杂环境下输电线路运行中的关键运行理论问题，并配以大量仿真实例。既作为硕博研究生攻读学位的理论参考书，也可作为输电工程学科方向的选修课教材。

前言
绪论
0.1输电线路在复杂环境下运行的背景及重要意义
0.2输电线路运行特性基本概念
0.2.1线路走廊
0.2.2直流输电线路的电晕放电
0.2.3耦合影响
0.2.4气球边界
0.2.5有限元分析法
0.3输电线路运行特征研究现状
0.3.1输电线路邻近障碍物的研究现状
0.3.2输电线路周围工频电场研究现状
0.3.3山火模拟试验研究现状
篇输电线路邻近建筑物运行特征
章输电线路邻近建筑物工频电场分析
1.1我国输电线路线下电场的规定
1.2输电线路电场仿真流程及边界选取原则
1.3输电线路邻近建筑物周围电场分布建模仿真
1.3.1建立输电线路仿真模型
1.3.2不同相序线下电场计算
1.3.3很优相序推荐
1.3.4对地安全距离推算
1.4本章小结
第2章输电线路邻近建筑物安全距离比选
2.1输电线路与建筑物安全距离要求
2.2构建建筑物数学模型
2.3左右对称挂线双回线路邻近建筑物电场分析
2.3.1仿真模型及网格划分
2.3.2输电线路邻近建筑物电场分析
2.3.3输电线路邻近建筑物安全距离推算
2.3.4建筑物对电场的影响分析
2.4右侧单边挂线双回线路邻近建筑物电场分析
2.4.1建立模型及电场分析
2.4.2各种故障状态下线路与观测面间安全距离推算
2.4.3风偏时线路与建筑物间安全距离推算
2.5本章小结
第二篇输电线路邻近管道运行特征
第3章电磁干扰影响分析及计算感性电压
3.1电磁影响的对象及安全限值
3.1.1电磁影响涉及的对象
3.1.2输电线路对天然气管道的电磁影响限值
3.2电磁干扰的机理分析
3.2.1容性耦合影响
3.2.2阻性耦合影响
3.2.3感性耦合影响
3.3基于管道大地数学模型的感性耦合电压计算
3.4本章小结
第4章利用CDEGS软件进行电磁干扰的仿真计算
4.1建立仿真系统
4.1.1系统结构描述
4.1.2系统结构模型的相关参数
4.2仿真计算及结果分析
4.2.1稳态条件下电磁干扰的仿真计算及结果分析
4.2.2稳态条件下影响电磁干扰因素的计算分析
4.2.3暂态条件下电磁干扰的仿真计算及结果分析
4.2.4暂态条件下影响电磁干扰因素的计算分析
4.3本章小结
第5章计算分析与评估管道的交流腐蚀
5.1管道交流腐蚀的评价准则及计算方法
5.2稳态运行下管道交流腐蚀的计算与评估
5.3本章小结
第6章电磁影响超标的防护
6.1稳态运行下管道交流腐蚀超标的防护
6.2单相短路故障时管道对地电压超标的防护
6.2.1接地垫防护
6.2.2绝缘垫或敷设绝缘地面防护
6.2.3针对管道对地电压超标的防护措施
6.3本章小结
第三篇输电线路邻近树木运行特征
第7章特高压直流输电线路线下树障隐患净空距离数学模型
7.1引言
7.2建立导线应力弧垂动态数学模型
7.2.1建立动态应力数学模型
7.2.2建立弧垂与应力之间的非线性光学数学关系
7.3建立树木生长高度预测数学模型
7.3.1拟合树木生长高度回归方程
7.3.2规划求解生长方程参数
7.4建立线下树障隐患净空距离数学模型
7.4.1建立线下净空距离数学模型
7.4.2线下树障隐患净空距离数学模型实际应用
7.5本章小结
第8章特高压直流输电线路线下树障隐患电场分布仿真分析
8.1引言
8.2计算线下树木空间间隙击穿场强
8.3线下树障电场仿真流程
8.4线路电场分布建模与仿真分析
8.4.1建立线下树障隐患仿真模型
8.4.2正极导线下树障隐患电场分布
8.4.3负极导线下树障隐患电场分布
8.5本章小结
第9章特高压直流输电线路临线树障绝缘特性数学模型
9.1引言
9.2计算导线风偏位移
9.3计算线旁树障空间合成电场
9.3.1计算单极导线标称电场
9.3.2解析法计算空间合成电场
9.3.3计算线旁树木间隙击穿场强
9.3.4建立临线树障隐患绝缘特性数学模型
9.4临线树障隐患绝缘特性数学模型实际应用
9.5本章小结
0章特高压直流输电线路临线树障隐患电场分布仿真分析
10.1引言
10.2建立临线树障隐患仿真模型
10.3临线树障隐患导线与树木空间合成电场分布仿真分析
10.3.1正极导线旁树木电场仿真分析
10.3.2负极导线旁树木电场仿真分析
10.3.3正负极导线间树木电场仿真分析
10.4本章小结
第四篇空气湿度对特高压直流输电线路离子流场影响的研究
1章空气湿度对离子流场影响机理的研究
11.1直流输电线路的电晕放电
11.2直流输电线路的离子流场
11.3空气湿度对离子流场影响的物理过程
11.3.1环境空气的组成
11.3.2带电离子碰撞水分子的物理过程
11.4空气湿度对离子流场的影响
11.4.1空气湿度对离子迁移率的影响
11.4.2空气湿度对起晕场强的影响
11.5本章小结
2章空气湿度影响下的±800kV输电线路离子流场计算
12.1考虑空气湿度影响的离子流场计算模型
12.1.1基本假设
12.1.2离子流场的基本控制方程
12.1.3边界条件
12.2离子流场的计算思路
12.2.1有限元法求解泊松方程
12.2.2上流有限元法求解电流连续性方程
12.2.3考虑空气湿度影响的离子流场计算流程
12.3空气湿度影响下的±800kV输电线路地面离子流场计算
12.3.1输电线路模型
12.3.2关键计算参数的确定
12.3.3模型剖分与计算求解
12.3.4计算结果与分析
12.3.5计算结果验证
12.4本章小结
3章空气湿度影响下的带电作业人员体表电场分析
13.1特高压直流输电线路带电作业分析模型
13.1.1带电作业方式
13.1.2杆塔、导线与人体模型
13.1.3作业位置的选取
13.2地电位作业时的人体电场分析
13.2.1作业人员位于横担处的电位与电场分布
13.2.2作业人员位于杆塔侧面的电位与电场分布
13.3中间电位作业时的人体电场分析
13.3.1作业人员位于导线上方3m处的电位与电场分布
13.3.2作业人员位于导线水平方向3m处的电位与电场分布
13.4等电位作业时的人体电场分析
13.4.1作业人员站在导线上时的电位与电场分布
13.4.2作业人员在导线侧面时的电位与电场分布
13.4.3作业人员站在导线上张开双臂时的电位与电场分布
13.5本章小结
第五篇输电线路邻近山火运行特征
4章山火致线路跳闸机理分析及合成电场计算方法
14.1引言
14.2山火致输电线路跳闸的机理分析
14.2.1火焰高温致线路跳闸的作用机理
14.2.2火焰高电荷密度致线路跳闸的作用机理
14.2.3固体颗粒物致线路跳闸的作用机理
14.3特高压直流输电线路合成电场计算方法
14.4本章小结
5章建立山火条件下直流线路合成电场数学模型
15.1引言
15.2山火条件下直流输电线路合成电场计算方法
15.2.1建立山火条件下直流线路合成电场数学模型
15.2.2基本假设及边界条件
15.2.3推导计算模型
15.2.4合成电场计算流程
15.3验证计算方法正确性
15.4分析计算结果
15.5本章小结
6章火焰温度及电荷密度对合成电场影响仿真研究
16.1引言
16.2建立山火条件下直流线路合成电场仿真模型
16.3确定计算场域边界条件及划分网格
16.3.1确定边界条件
16.3.2划分有限元网格
16.4验证仿真方法正确性
16.5火焰温度及电荷密度对合成电场的影响仿真研究
16.5.1建立有限元温度场分析仿真模型
16.5.2火焰温度对击穿场强的影响仿真研究
16.5.3火焰电荷密度对合成电场的影响仿真研究
16.5.4山火中合成电场计算结果与仿真结果对比分析
16.6本章小结
7章山火中颗粒物对电场的影响仿真研究
17.1引言
17.2线路间隙颗粒物致电场畸变仿真研究
17.2.1间隙距离及颗粒物尺寸变化致电场畸变仿真研究
17.2.2颗粒物畸变范围仿真研究
17.2.3颗粒链致电场畸变仿真研究
17.3导线表面颗粒物对电场的影响仿真研究
17.3.1椭圆形颗粒物对电场的影响仿真研究
17.3.2圆形颗粒物对电场的影响仿真研究
17.3.3菱形颗粒物对电场的影响仿真研究
17.3.4颗粒物种类对电场的影响仿真研究
17.4本章小结
参考文献