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复杂环境下输电工程运行特性数学模型及仿真 2019年版
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- 类 别：电力电气
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资料介绍
复杂环境下输电工程运行特性数学模型及仿真
作 者： 祝贺，杨晓军
出版时间： 2019
内容简介
《复杂环境下输电工程运行特性数学模型及仿真》系统地介绍了复杂环境下输电工程运行特征理论。《复杂环境下输电工程运行特性数学模型及仿真》共18章，分为五大部分，主要内容包括输电线路邻近建筑物运行特征、输电线路邻近管道运行特征、输电线路邻近树木运行特征、空气湿度对特高压直流输电线路离子流场影响的研究、输电线路邻近山火运行特征。《复杂环境下输电工程运行特性数学模型及仿真》理论性与系统性较强，作者在多年的教学和科研工作中，不断征求相关单位的意见，注重理论与实际的联系，把重点放在基本原理和基本方法上，尽量避开复杂的理论分析。
目录
前言
绪论 1
0.1 输电线路在复杂环境下运行的背景及重要意义 1
0.2 输电线路运行特性基本概念 3
0.2.1 线路走廊 3
0.2.2 直流输电线路的电晕放电 3
0.2.3 耦合影响 3
0.2.4 气球边界 4
0.2.5 有限元分析法 4
0.3 输电线路运行特征研究现状 5
0.3.1 输电线路邻近障碍物的研究现状 5
0.3.2 输电线路周围工频电场研究现状 6
0.3.3 山火模拟试验研究现状 7
第一篇 输电线路邻近建筑物运行特征
第1章 输电线路邻近建筑物工频电场分析 13
1.1 我国输电线路线下电场限制的规定 13
1.2 输电线路电场仿真流程及边界选取原则13
1.3 输电线路邻近建筑物周围电场分布建模仿真 15
1.3.1 建立输电线路仿真模型 15
1.3.2 不同相序线下电场计算 17
1.3.3 最优相序推荐 20
1.3.4 对地安全距离推算 21
1.4 本章小结 23
第2章 输电线路邻近建筑物安全距离比选 24
2.1 输电线路与建筑物安全距离要求 24
2.2 构建建筑物数学模型 24
2.3 左右对称挂线双回线路邻近建筑物电场分析 27
2.3.1 仿真模型及网格划分 27
2.3.2 输电线路邻近建筑物电场分析 28
2.3.3 输电线路邻近建筑物安全距离推算 30
2.3.4 建筑物对电场的影响分析 36
2.4 右侧单边挂线双回线路邻近建筑物电场分析 37
2.4.1 建立模型及电场分析 37
2.4.2 各种故障状态下线路与观测面间安全距离推算 40
2.4.3 风偏时线路与建筑物间安全距离推算 54
2.5 本章小结 55
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 59
3.1 电磁影响的对象及安全限值 59
3.1.1 电磁影响涉及的对象 59
3.1.2 输电线路对天然气管道的电磁影响限值 60
3.2 电磁干扰的机理分析 61
3.2.1 容性耦合影响 62
3.2.2 阻性耦合影响 62
3.2.3 感性耦合影响 62
3.3 基于管道大地数学模型的感性耦合电压计算 62
3.4 本章小结 65
第4章 利用CDEGS软件进行电磁干扰的仿真计算 67
4.1 建立仿真系统 67
4.1.1 系统结构描述 67
4.1.2 系统结构模型的相关参数 67
4.2 仿真计算及结果分析 70
4.2.1 稳态条件下电磁干扰的仿真计算及结果分析 71
4.2.2 稳态条件下影响电磁干扰因素的计算分析 72
4.2.3 暂态条件下电磁干扰的仿真计算及结果分析 79
4.2.4 暂态条件下影响电磁干扰因素的计算分析 81
4.3 本章小结 82
第5章 计算分析与评估管道的交流腐蚀 83
5.1 管道交流腐蚀的评价准则及计算方法 83
5.2 稳态运行下管道交流腐蚀的计算与评估 84
5.3 本章小结 85
第6章 电磁影响超标的防护 86
6.1 稳态运行下管道交流腐蚀超标的防护 86
6.2 单相短路故障时管道对地电压超标的防护 88
6.2.1 接地垫防护 89
6.2.2 绝缘垫或敷设绝缘地面防护 89
6.2.3 针对管道对地电压超标的防护措施 90
6.3 本章小结 91
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 95
7.1 引言 95
7.2 建立导线应力弧垂动态数学模型 95
7.2.1 建立动态应力数学模型 95
7.2.2 建立弧垂与应力之间的非线性光学数学关系 97
7.3 建立树木生长高度预测数学模型 98
7.3.1 拟合树木生长高度回归方程 98
7.3.2 规划求解生长方程参数 100
7.4 建立线下树障隐患净空距离数学模型 101
7.4.1 建立线下净空距离数学模型 101
7.4.2 线下树障隐患净空距离数学模型实际应用 101
7.5 本章小结 103
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 104
8.1 引言 104
8.2 计算线下树木空间间隙击穿场强 104
8.3 线下树障电场仿真流程 105
8.4 线路电场分布建模与仿真分析 106
8.4.1 建立线下树障隐患仿真模型 106
8.4.2 正极导线下树障隐患电场分布 107
8.4.3 负极导线下树障隐患电场分布 110
8.5 本章小结 113
第9章 特高压直流输电线路临线树障绝缘特性数学模型 114
9.1 引言 114
9.2 计算导线风偏位移 114
9.3 计算线旁树障空间合成电场 116
9.3.1 计算单极导线标称电场 116
9.3.2 解析法计算空间合成电场 117
9.3.3 计算线旁树木间隙击穿场强 119
9.3.4 建立临线树障隐患绝缘特性数学模型 120
9.4 临线树障隐患绝缘特性数学模型实际应用 120
9.5 本章小结 123
第10章 特高压直流输电线路临线树障隐患电场分布仿真分析 124
10.1 引言 124
10.2 建立临线树障隐患仿真模型 124
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 125
10.3.1 正极导线旁树木电场仿真分析 125
10.3.2 负极导线旁树木电场仿真分析 130
10.3.3 正负极导线间树木电场仿真分析 134
10.4 本章小结 139
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
第11章 空气湿度对离子流场影响机理的研究 143
11.1 直流输电线路的电晕放电 143
11.2 直流输电线路的离子流场 144
11.3 空气湿度对离子流场影响的物理过程 144
11.3.1 环境空气的组成 144
11.3.2 带电离子碰撞水分子的物理过程 145
11.4 空气湿度对离子流场的影响 145
11.4.1 空气湿度对离子迁移率的影响 146
11.4.2 空气湿度对起晕场强的影响 148
11.5 本章小结 149
第12章 空气湿度影响下的±800kV输电线路离子流场计算 150
12.1 考虑空气湿度影响的离子流场计算模型 150
12.1.1 基本假设 150
12.1.2 离子流场的基本控制方程 151
12.1.3 边界条件 151
12.2 离子流场的计算思路 152
12.2.1 有限元法求解泊松方程 153
12.2.2 上流有限元法求解电流连续性方程 153
12.2.3 考虑空气湿度影响的离子流场计算流程 154
12.3 空气湿度影响下的±800kV输电线路地面离子流场计算 156
12.3.1 输电线路模型 156
12.3.2 关键计算参数的确定 156
12.3.3 模型剖分与计算求解 159
12.3.4 计算结果与分析 160
12.3.5 计算结果验证 161
12.4 本章小结 162
第13章 空气湿度影响下的带电作业人员体表电场分析 163
13.1 特高压直流输电线路带电作业分析模型 163
13.1.1 带电作业方式 163
13.1.2 杆塔、导线与人体模型 164
13.1.3 作业位置的选取 165
13.2 地电位作业时的人体电场分析 166
13.2.1 作业人员位于横担处的电位与电场分布 166
13.2.2 作业人员位于杆塔侧面的电位与电场分布 169
13.3 中间电位作业时的人体电场分析 171
13.3.1 作业人员位于导线上方3m处的电位与电场分布 171
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 174
13.4 等电位作业时的人体电场分析 176
13.4.1 作业人员站在导线上时的电位与电场分布 176
13.4.2 作业人员在导线侧面时的电位与电场分布 179
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 181
13.5 本章小结 183
第五篇 输电线路邻近山火运行特征
第14章 山火致线路跳闸机理分析及合成电场计算方法 187
14.1 引言 187
14.2 山火致输电线路跳闸的机理分析 187
14.2.1 火焰高温致线路跳闸的作用机理 188
14.2.2 火焰高电荷密度致线路跳闸的作用机理 189
14.2.3 固体颗粒物致线路跳闸的作用机理 191
14.3 特高压直流输电线路合成电场计算方法 192
14.4 本章小结 196
第15章 建立山火条件下直流线路合成电场数学模型 197
15.1 引言 197
15.2 山火条件下直流输电线路合成电场计算方法 197
15.2.1 建立山火条件下直流线路合成电场数学模型 197
15.2.2 基本假设及边界条件 199
15.2.3 推导计算模型 199
15.2.4 合成电场计算流程 200
15.3 验证计算方法正确性 202
15.4 分析计算结果 202
15.5 本章小结 205
第16章 火焰温度及电荷密度对合成电场影响仿真研究 207
16.1 引言 207
16.2 建立山火条件下直流线路合成电场仿真模型 207
16.3 确定计算场域边界条件及划分网格 209
16.3.1 确定边界条件 209
16.3.2 划分有限元网格 209
16.4 验证仿真方法正确性 210
16.5 火焰温度及电荷密度对合成电场的影响仿真研究 210
16.5.1 建立有限元温度场分析仿真模型 212
16.5.2 火焰温度对击穿场强的影响仿真研究 214
16.5.3 火焰电荷密度对合成电场的影响仿真研究 215
16.5.4 山火中合成电场计算结果与仿真结果对比分析 222
16.6 本章小结 223
第17章 山火中颗粒物对电场的影响仿真研究 224
17.1 引言 224
17.2 线路间隙颗粒物致电场畸变仿真研究 224
17.2.1 间隙距离及颗粒物尺寸变化致电场畸变仿真研究 227
17.2.2 颗粒物畸变范围仿真研究 229
17.2.3 颗粒链致电场畸变仿真研究 230
17.3 导线表面颗粒物对电场的影响仿真研究 233
17.3.1 椭圆形颗粒物对电场的影响仿真研究 234
17.3.2 圆形颗粒物对电场的影响仿真研究 235
17.3.3 菱形颗粒物对电场的影响仿真研究 237
17.3.4 颗粒物种类对电场的影响仿真研究 238
17.4 本章小结 239
参考文献 240
作 者： 祝贺，杨晓军
出版时间： 2019
内容简介
《复杂环境下输电工程运行特性数学模型及仿真》系统地介绍了复杂环境下输电工程运行特征理论。《复杂环境下输电工程运行特性数学模型及仿真》共18章，分为五大部分，主要内容包括输电线路邻近建筑物运行特征、输电线路邻近管道运行特征、输电线路邻近树木运行特征、空气湿度对特高压直流输电线路离子流场影响的研究、输电线路邻近山火运行特征。《复杂环境下输电工程运行特性数学模型及仿真》理论性与系统性较强，作者在多年的教学和科研工作中，不断征求相关单位的意见，注重理论与实际的联系，把重点放在基本原理和基本方法上，尽量避开复杂的理论分析。
目录
前言
绪论 1
0.1 输电线路在复杂环境下运行的背景及重要意义 1
0.2 输电线路运行特性基本概念 3
0.2.1 线路走廊 3
0.2.2 直流输电线路的电晕放电 3
0.2.3 耦合影响 3
0.2.4 气球边界 4
0.2.5 有限元分析法 4
0.3 输电线路运行特征研究现状 5
0.3.1 输电线路邻近障碍物的研究现状 5
0.3.2 输电线路周围工频电场研究现状 6
0.3.3 山火模拟试验研究现状 7
第一篇 输电线路邻近建筑物运行特征
第1章 输电线路邻近建筑物工频电场分析 13
1.1 我国输电线路线下电场限制的规定 13
1.2 输电线路电场仿真流程及边界选取原则13
1.3 输电线路邻近建筑物周围电场分布建模仿真 15
1.3.1 建立输电线路仿真模型 15
1.3.2 不同相序线下电场计算 17
1.3.3 最优相序推荐 20
1.3.4 对地安全距离推算 21
1.4 本章小结 23
第2章 输电线路邻近建筑物安全距离比选 24
2.1 输电线路与建筑物安全距离要求 24
2.2 构建建筑物数学模型 24
2.3 左右对称挂线双回线路邻近建筑物电场分析 27
2.3.1 仿真模型及网格划分 27
2.3.2 输电线路邻近建筑物电场分析 28
2.3.3 输电线路邻近建筑物安全距离推算 30
2.3.4 建筑物对电场的影响分析 36
2.4 右侧单边挂线双回线路邻近建筑物电场分析 37
2.4.1 建立模型及电场分析 37
2.4.2 各种故障状态下线路与观测面间安全距离推算 40
2.4.3 风偏时线路与建筑物间安全距离推算 54
2.5 本章小结 55
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 59
3.1 电磁影响的对象及安全限值 59
3.1.1 电磁影响涉及的对象 59
3.1.2 输电线路对天然气管道的电磁影响限值 60
3.2 电磁干扰的机理分析 61
3.2.1 容性耦合影响 62
3.2.2 阻性耦合影响 62
3.2.3 感性耦合影响 62
3.3 基于管道大地数学模型的感性耦合电压计算 62
3.4 本章小结 65
第4章 利用CDEGS软件进行电磁干扰的仿真计算 67
4.1 建立仿真系统 67
4.1.1 系统结构描述 67
4.1.2 系统结构模型的相关参数 67
4.2 仿真计算及结果分析 70
4.2.1 稳态条件下电磁干扰的仿真计算及结果分析 71
4.2.2 稳态条件下影响电磁干扰因素的计算分析 72
4.2.3 暂态条件下电磁干扰的仿真计算及结果分析 79
4.2.4 暂态条件下影响电磁干扰因素的计算分析 81
4.3 本章小结 82
第5章 计算分析与评估管道的交流腐蚀 83
5.1 管道交流腐蚀的评价准则及计算方法 83
5.2 稳态运行下管道交流腐蚀的计算与评估 84
5.3 本章小结 85
第6章 电磁影响超标的防护 86
6.1 稳态运行下管道交流腐蚀超标的防护 86
6.2 单相短路故障时管道对地电压超标的防护 88
6.2.1 接地垫防护 89
6.2.2 绝缘垫或敷设绝缘地面防护 89
6.2.3 针对管道对地电压超标的防护措施 90
6.3 本章小结 91
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 95
7.1 引言 95
7.2 建立导线应力弧垂动态数学模型 95
7.2.1 建立动态应力数学模型 95
7.2.2 建立弧垂与应力之间的非线性光学数学关系 97
7.3 建立树木生长高度预测数学模型 98
7.3.1 拟合树木生长高度回归方程 98
7.3.2 规划求解生长方程参数 100
7.4 建立线下树障隐患净空距离数学模型 101
7.4.1 建立线下净空距离数学模型 101
7.4.2 线下树障隐患净空距离数学模型实际应用 101
7.5 本章小结 103
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 104
8.1 引言 104
8.2 计算线下树木空间间隙击穿场强 104
8.3 线下树障电场仿真流程 105
8.4 线路电场分布建模与仿真分析 106
8.4.1 建立线下树障隐患仿真模型 106
8.4.2 正极导线下树障隐患电场分布 107
8.4.3 负极导线下树障隐患电场分布 110
8.5 本章小结 113
第9章 特高压直流输电线路临线树障绝缘特性数学模型 114
9.1 引言 114
9.2 计算导线风偏位移 114
9.3 计算线旁树障空间合成电场 116
9.3.1 计算单极导线标称电场 116
9.3.2 解析法计算空间合成电场 117
9.3.3 计算线旁树木间隙击穿场强 119
9.3.4 建立临线树障隐患绝缘特性数学模型 120
9.4 临线树障隐患绝缘特性数学模型实际应用 120
9.5 本章小结 123
第10章 特高压直流输电线路临线树障隐患电场分布仿真分析 124
10.1 引言 124
10.2 建立临线树障隐患仿真模型 124
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 125
10.3.1 正极导线旁树木电场仿真分析 125
10.3.2 负极导线旁树木电场仿真分析 130
10.3.3 正负极导线间树木电场仿真分析 134
10.4 本章小结 139
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
第11章 空气湿度对离子流场影响机理的研究 143
11.1 直流输电线路的电晕放电 143
11.2 直流输电线路的离子流场 144
11.3 空气湿度对离子流场影响的物理过程 144
11.3.1 环境空气的组成 144
11.3.2 带电离子碰撞水分子的物理过程 145
11.4 空气湿度对离子流场的影响 145
11.4.1 空气湿度对离子迁移率的影响 146
11.4.2 空气湿度对起晕场强的影响 148
11.5 本章小结 149
第12章 空气湿度影响下的±800kV输电线路离子流场计算 150
12.1 考虑空气湿度影响的离子流场计算模型 150
12.1.1 基本假设 150
12.1.2 离子流场的基本控制方程 151
12.1.3 边界条件 151
12.2 离子流场的计算思路 152
12.2.1 有限元法求解泊松方程 153
12.2.2 上流有限元法求解电流连续性方程 153
12.2.3 考虑空气湿度影响的离子流场计算流程 154
12.3 空气湿度影响下的±800kV输电线路地面离子流场计算 156
12.3.1 输电线路模型 156
12.3.2 关键计算参数的确定 156
12.3.3 模型剖分与计算求解 159
12.3.4 计算结果与分析 160
12.3.5 计算结果验证 161
12.4 本章小结 162
第13章 空气湿度影响下的带电作业人员体表电场分析 163
13.1 特高压直流输电线路带电作业分析模型 163
13.1.1 带电作业方式 163
13.1.2 杆塔、导线与人体模型 164
13.1.3 作业位置的选取 165
13.2 地电位作业时的人体电场分析 166
13.2.1 作业人员位于横担处的电位与电场分布 166
13.2.2 作业人员位于杆塔侧面的电位与电场分布 169
13.3 中间电位作业时的人体电场分析 171
13.3.1 作业人员位于导线上方3m处的电位与电场分布 171
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 174
13.4 等电位作业时的人体电场分析 176
13.4.1 作业人员站在导线上时的电位与电场分布 176
13.4.2 作业人员在导线侧面时的电位与电场分布 179
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 181
13.5 本章小结 183
第五篇 输电线路邻近山火运行特征
第14章 山火致线路跳闸机理分析及合成电场计算方法 187
14.1 引言 187
14.2 山火致输电线路跳闸的机理分析 187
14.2.1 火焰高温致线路跳闸的作用机理 188
14.2.2 火焰高电荷密度致线路跳闸的作用机理 189
14.2.3 固体颗粒物致线路跳闸的作用机理 191
14.3 特高压直流输电线路合成电场计算方法 192
14.4 本章小结 196
第15章 建立山火条件下直流线路合成电场数学模型 197
15.1 引言 197
15.2 山火条件下直流输电线路合成电场计算方法 197
15.2.1 建立山火条件下直流线路合成电场数学模型 197
15.2.2 基本假设及边界条件 199
15.2.3 推导计算模型 199
15.2.4 合成电场计算流程 200
15.3 验证计算方法正确性 202
15.4 分析计算结果 202
15.5 本章小结 205
第16章 火焰温度及电荷密度对合成电场影响仿真研究 207
16.1 引言 207
16.2 建立山火条件下直流线路合成电场仿真模型 207
16.3 确定计算场域边界条件及划分网格 209
16.3.1 确定边界条件 209
16.3.2 划分有限元网格 209
16.4 验证仿真方法正确性 210
16.5 火焰温度及电荷密度对合成电场的影响仿真研究 210
16.5.1 建立有限元温度场分析仿真模型 212
16.5.2 火焰温度对击穿场强的影响仿真研究 214
16.5.3 火焰电荷密度对合成电场的影响仿真研究 215
16.5.4 山火中合成电场计算结果与仿真结果对比分析 222
16.6 本章小结 223
第17章 山火中颗粒物对电场的影响仿真研究 224
17.1 引言 224
17.2 线路间隙颗粒物致电场畸变仿真研究 224
17.2.1 间隙距离及颗粒物尺寸变化致电场畸变仿真研究 227
17.2.2 颗粒物畸变范围仿真研究 229
17.2.3 颗粒链致电场畸变仿真研究 230
17.3 导线表面颗粒物对电场的影响仿真研究 233
17.3.1 椭圆形颗粒物对电场的影响仿真研究 234
17.3.2 圆形颗粒物对电场的影响仿真研究 235
17.3.3 菱形颗粒物对电场的影响仿真研究 237
17.3.4 颗粒物种类对电场的影响仿真研究 238
17.4 本章小结 239
参考文献 240
