考虑径向温差的架空输电导线的动态增容分析

为提高输电线路输送能力和输电导线的动态增容,对输电线的径向温升现象进行研究分析.以架空输电线为例,首先基于热平衡方程计算导线温度理论值,然后通过建立输电线温度场电磁耦合有限元绞合模型,计算输电线径向温度分布规律,研究不同因素的影响,最后结合温度场的分析结果,分析输电导线动态增容的效果,根据导线的温度分布计算最小的载流量.结果表明:输电线的径向温度分布不均匀,内部温度高,表面温度低;输电导线温度受到载流量、风速、环境温度及时间变化的影响,径向温差一般可达0.58～4.53℃,因此研究架空导线的径向温差,根据导线的温度分布计算保证安全运行的最小载流量,有利于提高输电导线的动态增容,保证线路的运行安全.     

基于ANSYS的高压交流电缆接头载流量确定方法

为了实现接头载流量的准确计算,提出了一种基于ANSYS的高压交流电缆接头载流量确定方法.该方法以绝缘长期耐受温度为限制条件,利用接头轴向二维有限元仿真模型计算载流量.仿真结果表明,当对流散热环境和负荷都相同时,相同导体截面的电缆接头导体温度高于电缆本体的导体温度,接头的载流能力低于同导体截面电缆的载流能力.为验证仿真模型精度,设计了接头载流量实验平台,对不同负荷下110 k V电缆接头稳态温度分布进行了实测.仿真与实验结果的对比表明,当接头导体温度超过绝缘长期耐受温度时,应用接头轴向二维有限元仿真模型计算压接管处导体温度的误差不超过1.0%,仿真计算的准确度能够满足工程应用的需求.最后,采用二分法算得110 k V 630 mm~2电缆接头载流量为1220A,比相同导体截面电缆本体在相同环境条件下的载流量减少了17.79%.研究结果表明:采用接头轴向二维有限元仿真模型计算载流量是可行的.     

架空导线径向温差对弧垂计算的影响

建立了钢芯铝绞线径向温度场分布热路模型,利用有限元分析软件对不同载流值下导线截面的温度场进行计算,并分析了径向温差产生的原因,同时设计钢芯层和表层温度分布式实验进行验证.以实验结果为依据,讨论了不同的温差造成的弧垂计算误差,以及不同档距时的弧垂计算误差.研究结果表明:架空线径向温差随着载流量的提高呈增大趋势,自然对流情况下,表面温度70℃时,钢芯温度达到73.5℃,导致弧垂的计算误差逐渐扩大;在钢芯层和表层温差一定时,档距越大,计算误差越大,而相对误差越小.     

运营环境下输电导线径向温度分布模拟

细致分析运营中输电导线的温度场,对于实现提高输电线路载流量的目标具有重要意义.本文基于二维稳态热传导控制方程形成一套求解运营中输电导线径向温度分布的新方法,该方法考虑了导线的主要热源和散热途径,以及影响导线径向温度分布的多项因素.通过钢芯铝绞线的数值算例,验证了导线径向温度差的真实存在且不可简单忽略,并讨论了载流量、对流条件和铝绞线接触状态等因素对运营中输电导线径向温度分布的影响.     

浅谈接触线、承力索导线截面选择及接触网工作温度确定

接触导线允许载流量大小与环境温度、风速、工作温度、工作温度时的交流电阻等诸多因素有关。本文通过接触网载流量计算、牵引网电流分配关系,得出接触网的最佳工作温度,为接触线、承力索导线截面选择及工作温度的确定提供了一种方法。     

载流导体径向电场的数值估算

应用经典电磁理论,推出了载有恒定电流导体内部存在径向电场的表达式,并对导体内部的径向电场及表面电势进行了估算.结果表明,导体内径向电场是微小的.计算出电流强度为200A,导线截面为1cm2的铜导线,其内部径向电场强度约为1.13×10-6V/m.     

基于暂态等效风速系数的高压架空线路载流量估计*

基于等效风速系数的架空线路载流量估计方法无需风速和风向参数,具有计算简单和精度高的优势;但由导线稳态热平衡方程推得,使用时要求线路温度和等效风速系数处于稳定状态,一定程度上限制了方法的精度。为此,提出一种基于暂态等效风速系数的线路载流量估计方法。首先利用导线非稳态热平衡方程计算暂态等效风速系数,再结合马尔科夫链方法模拟导线在不同电流下的温度变化,最后通过概率方式估计线路载流量。利用导线载流温升实验平台对所提方法进行了实验验证。结果表明,即便导线温度和风速系数处于波动状态,所提方法也可在不依赖风速和风向条件下,准确估计线路载流量。     

用于架空线路载流量计算的实时太阳辐射强度计算模型

为了克服架空线路载流量计算时将太阳辐射强度视为定值的缺陷,充分挖掘导线潜在的输送能力,首先以100 W/m~2的太阳辐射强度为梯度,讨论了太阳辐射强度取值对不同截面导线载流量计算的影响;然后,基于大气对太阳辐射的衰减规律,引入辐射衰减系数,建立太阳辐射强度的实时计算模型,该模型可根据不同地区的经纬度以及具体时刻,将太阳辐射强度的计算转化为太阳射线穿过大气层厚度的计算,达到评估某地区实时太阳辐射强度的目的;最后,结合山西大同地区2012年的气象监测数据和IEEE 738—2006提供的方法,对所提模型的准确性进行了检验,发现模型计算的太阳辐射强度与实际测量值基本吻合,最大误差在70 W/m~2以内,且文中方法比IEEE方法更接近监测数据,更能满足架空线路载流量计算的要求.     

不同架空高度输电线路磁场强度算法研究

研究了不同架空高度及弧垂影响下输电线工频磁场三维优化的计算方法问题.先根据分裂导线参数、相间导线距离等确定输电线路的分布参数、波阻抗与输电线电流,再由Biot-Savart定律,推导出架空导线在空间所产生的三维工频磁场强度算法.实测结果表明,不同的架空高度对磁场强度的影响十分明显.最后通过MATLAB仿真计算,阐明实际情形下高压输电线路附近产生的工频磁场的分布规律.     

安培力的经典微观机制解释

提出一种安培力产生微观机制的新解释.安培力产生的微观机制是:在稳定电流情况下,磁场中的载流导线内部形成稳定的霍尔电场,稳定霍尔电场区内的电子受力平衡,负电荷层的电子通过反约束将力传给导体;导体晶格受到各部分霍尔电场的力直接作用于导体,所有这些力的合力,即表现为载流导线的宏观安培力,即安培力是霍尔电场对导体内全部晶格的作用力和载流电子通过反约束作用于导体的力的合力的宏观表现.     

大跨越架空输电导线钢芯铝股应力分布特性研究

准确评估输电导线运行张力的分层特性是大跨越输电导线选型设计的重要问题.以大跨越架空用特强钢芯高强铝合金AACSR-EST500/230型导线为例,考虑股线泊松比影响,提出了大跨越输电导线股线轴向张力计算方法,建立了大跨越输电导线三维结构有限元实体模型,通过耦合同层和相邻层节点模拟各层股线之间的接触边界条件,重点研究了运行张力作用下输电导线钢芯和铝股的空间应力分布规律,并与理论结果对比分析,探讨了导线比载与钢芯铝股张力比的相关关系.结果表明:在轴向张力作用下,钢芯承担了约60%张力,铝股共承担了40%张力,其张力比约为3∶2,且钢芯和铝股的张力从内至外各自呈增大趋势;大跨越输电导线在悬挂点处的铝股应力强度高于跨中,距离悬挂点越近,股线应力受边界约束影响越大;输电导线相邻层股线的轴向应力峰值呈现相位差;随着导线比载的增加,钢芯和铝股的张力比呈增大趋势.     

基于线性回归的架空导线热路模型集总参数辨识

为提高架空导线热路模型计算精度,设计了架空导线温升实验平台。在自然对流条件下,对不同载流时LGJ-240和LJG-400导线的热动态过程进行了实测。提出了基于线性回归分析的架空导线热路模型集总参数辨识方法,建立了热路参数与电流之间的函数关系。辨识结果表明:架空导线等效热阻与传统计算值较为接近,且随着电流的增加呈减小趋势;等效热容与传统计算值差异明显,不随电流单调变化,更具随机性;利用辨识方法得到的热容和热阻求解架空导线热路模型响应,误差小于1.28%,精度明显高于传统方法。     

大截面圆管导体间电磁感应的近似计算法—多级映射法—及其应用

本文阐述了应用逐次逼近法来解决缓变电磁埸中多导体系统电磁感应的计算规则.在此基础上提出大截面圆管导体系统邻近效应的近似算法——多级映射法。本文并介绍了工程上的两个应用实例:(1)三相封闭母线外壳涡流.(2)大功率三相电炉引入导线的电流分布.     

基于有限元法的XLPE电缆载流量计算及其影响因素分析

根据传热学和有限元基本原理,利用土壤区域划分法,建立了一种基于有限元法的XLPE电缆载流量计算模型,能够按照土壤热阻系数的不同对XLPE电缆周围土壤区域进行划分。根据XLPE电缆的结构参数和周围敷设区域的物性参数分析了XLPE电缆内部各层的温度分布情况,并提出了一种基于二分法来计算电缆载流量的方法。对比分析结果表明,相对于IEC60287中的热路法,该模型不仅计算结果准确,而且能更方便地考虑外界环境因素对电缆载流量的影响。通过实例仿真得出了不同影响因素对电缆载流量的影响规律,为优化电缆敷设方式提供了重要的理论依据。     

架空输电线路覆冰和融冰仿真研究

为了辅助运行人员在冬季不同气象条件下对输电线路的覆冰危害进行定量分析,以及合理选择直流融冰电流和融冰时间,对架空线路的覆冰和融冰仿真软件进行了研究,提出了一种便于使用的考虑导线所处微地形环境和风向等综合因素的覆冰增长计算方法,并分析了覆冰仿真软件程序框图;利用载流导线的热平衡方程,选择导线最高允许运行温度为70℃,计算了导线的最大融冰电流并对计算误差进行了分析;利用覆冰导线表面冰融化时的热平衡方程,分析了覆冰导线融冰时间的计算方法,并分析了融冰仿真软件的程序框图。     

趋肤效应对DF100A PSM发射机射频槽路的影响及维护对策

该文从趋肤效应的概念及产生的原因入手,它是当交流电流通过导体时,由于电磁感应引起导体截面上电流分布不均匀并且越接近表面电流密度越大的现象。趋肤效应使电流集中在导线表面处,使得导线的有效截面变小,导线的等效电阻增大。在无线电工程中,常采用多股细导线代替单股粗导线来制作高频线圈,以克服导线的等效电阻增加。对DF100A PSM发射机高末级槽路特点进行介绍,阐述趋肤效应对DF100A PSM发射机高末级槽路的影响,并提出维护对策。     

恒定电流密度分布与霍耳电场

研究了恒定电流场中电流密度沿导体径向的分布和霍耳电场产生的机理及作用,结果表明,沿径向载流子密度增大、载流子定向运动速度增大,载流子在晶格势场中的能态逐步升高;无论在载流的导体内还是在处于超导载流态的超导体内都存在着径向的霍耳电场;霍耳电场的存在是载流子力学平衡的必备条件,霍耳电场关于径向的线积分是载流子在晶格势场中能量增量的量度.霍耳电场与电流磁场的坡印亭矢量表示了电流能量的传输方向,同时证明了焦耳热来源于载流子在晶格势场中的能态变化——从高能态向低能态跃迁,它可以用导体内的轴向电场和电流磁场的坡印亭矢量来表示,导体外表面附近的电场来源于载流子的运动状态变化,而不是直接来自于电源.用处于载流超导态的超导体不存在轴向电场的事实,说明了载流导体内的轴向电场并不是稳定分布的电荷产生的.     

脉冲大电流应用电缆的设计

为研究脉冲大电流应用所使用的电缆,优化设计其结构并选择绝缘层材料。首先针对同轴结构电缆,分析了半导电层对电缆绝缘层电场的影响。然后在绝热条件下,计算了不同导体截面积电缆的温度,并通过试验计算了硅橡胶和不同氟橡胶材料热导率随温度的变化规律。在对计算结果进行分析比较的基础上,确定选择内、外导体截面相同且没有半导电层的同轴电缆结构,以及F0-2706型氟橡胶材料作为绝缘层。最后,通过有限元Comsol软件仿真计算了氟橡胶绝缘电缆的温升,针对连续通过脉冲大电流时电缆温升过高的问题,提出了采用水冷方式降低电缆温升的方法。仿真结果表明:通过水冷方式降低电缆温升,冷却效果明显,可以在一定程度内满足工程应用需求。     

基于有限元电磁场分析的电渣炉结构优化

基于有限元软件,采用数值模拟的方法研究了电渣炉重熔期大电流导体产生磁场的空间分布规律.计算结果表明,磁感应强度在电极表面的分布在单导线返回电流时最大相差35.22%,双导线返回电流时最大相差13.26%,四导线返回电流时最大相差5.8%;这种磁感应强度的差别导致电极表面产生的涡流密度不均匀,进而影响电极熔化速率.从磁场对重熔工艺产生影响的角度来考虑,采用结构对称炉型可较大地减少磁场对工艺的不利影响,减少熔池内搅拌力不均匀等不利因素.分析指出,为了减少电抗造成的电能损失,消除散磁,降低电流的搅拌作用,防止出现点状偏析,同轴设计电路(同轴导电立柱、同轴电缆)将会成为电渣炉今后的发展方向.     

导体表面上的电磁场研究

在静电场中,对均匀带电导体表面的电场分布规律和在稳恒电流的磁场中均匀载流导体表面的磁场分布规律都没有深入研究,因此在对导体表面上的电磁场问题处理时往往容易与其表面附近的场混淆而出现错误。针对上述存在的问题,结合均匀带电导体球面、均匀带电导体柱面及均匀载流导体柱面的实例,用基本的计算方法求出正确结论,并与其表面的场加以区别。该问题对研究电磁场问题有一定的指导作用。