绝缘子电场积分方程的场域元与边界元耦合方法

发布时间：2017-08-07 21:41

  本文关键词：绝缘子电场积分方程的场域元与边界元耦合方法

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【摘要】：近年来,随着特高压直流输电技术与柔性直流输电技术在我国不断发展,直流输电换流阀塔的结构在不断变化。绝缘子是直流输电换流阀塔的重要组成部分,针对直流输电换流阀塔绝缘子的电场分析,对于直流输电换流阀塔的设计具有重要意义。针对绝缘子内部的电场,本论文提出了积分方程场域元法。该方法以电介质内的电位作为求解变量列出积分方程,采用伽辽金加权余量法将场域离散为场域单元,从而将积分方程离散化为代数方程组,求解方程组即可得到电介质内的电位。为了避免奇异积分,对伽辽金加权余量法进行了改进。根据已求得的电介质内的电位,通过求梯度计算得到电介质内的电场,通过积分计算得到电介质外的电位和电场。选取有解析解的静电场算例,采用积分方程场域元法计算电介质内外的电位和电场。将数值计算结果与解析解进行对比,验证了积分方程场域元法的正确性。对于绝缘子两端的金具以及均压环的表面电场,采用伽辽金间接边界元法进行计算。针对绝缘子及其两端金具以及均压环组成的系统,本论文提出了积分方程场域元与边界元耦合的方法,通过多次迭代计算绝缘子内部电场以及金具和均压环的表面电场。以某直流输电换流阀塔支柱绝缘子为例,采用积分方程场域元与边界元耦合的方法计算了绝缘子内的电位和电场分布以及绝缘子两端金具和均压环的表面电场。并对比了有无绝缘子时绝缘子两端金具和均压环的表面电场,以及忽略绝缘子伞裙对绝缘子内的电场,绝缘子两端金具和均压环表面电场的影响。结果表明,不考虑绝缘子以及忽略绝缘子伞裙对均压环的表面电场影响不大,但对绝缘子高压端金具与绝缘子分界面处的电场有一定的影响。
【关键词】：换流阀 绝缘子 积分方程 场域元 边界元 迭代法
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM216
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 论文的主要研究内容12-14
• 第2章 积分方程场域元法14-21
• 2.1 电介质内电位的计算方法14-16
• 2.2 电介质内电场的计算方法16-17
• 2.3 电介质外由电介质极化产生的电位的计算方法17-18
• 2.4 电介质外由电介质极化产生的电场的计算方法18-19
• 2.5 本章小结19-21
• 第3章 积分方程场域元法的解析解验证21-36
• 3.1 电介质球算例21-28
• 3.1.1 电介质球附近电场与电位的解析解21-22
• 3.1.2 建立模型22-23
• 3.1.3 球内电位分布23-24
• 3.1.4 球内电场分布24-25
• 3.1.5 球外由电介质极化产生的电位分布25-26
• 3.1.6 球外由电介质极化产生的电场分布26-28
• 3.2 无限长圆柱介质算例28-35
• 3.2.1 无限长圆柱介质附近电场与电位的解析解28-29
• 3.2.2 建立模型29-30
• 3.2.3 无限长圆柱内电位分布30-31
• 3.2.4 无限长圆柱内电场分布31-32
• 3.2.5 无限长圆柱外由电介质极化产生的电位分布32-34
• 3.2.6 无限长圆柱外由电介质极化产生的电场分布34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 绝缘子电场积分方程的场域元与边界元耦合方法36-57
• 4.1 直流输电换流阀塔绝缘子简介36
• 4.2 间接边界元法36-39
• 4.3 积分方程的场域元与边界元耦合法39-40
• 4.3.1 导体表面电位和电介质内部电位的耦合关系39
• 4.3.2 迭代步骤39-40
• 4.4 绝缘子系统建模40-43
• 4.5 绝缘子系统电场分析计算43-56
• 4.5.1 未考虑绝缘子时金具及均压环表面电场分布43-45
• 4.5.2 考虑绝缘子时金具及均压环表面电场分布45-49
• 4.5.3 绝缘子电场分布49-50
• 4.5.4 忽略绝缘子伞裙时金具及均压环表面电场50-54
• 4.5.5 忽略伞裙对绝缘子电场的影响54-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第5章 结论与展望57-58
• 5.1 结论57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作62-63
• 致谢63

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本文编号：636874