磁暴情况下复杂地质结构三维地电流场有限元分析

发布时间：2016-11-16 19:39

  本文关键词：磁暴情况下复杂地质结构三维地电流场有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

《华北电力大学》 2015年

磁暴情况下复杂地质结构三维地电流场有限元分析

董博  

【摘要】：大地电导率构造的三维分布会对磁暴时的地电流场产生重要的影响。获得磁暴时地下感应电流在大地导体中的流通规律及其对地面电场的影响机理,是精确评估电网和油气管道中的地磁感应电流(GIC)水平、预测防治空间天气灾害的重要前提。但是,目前研究没有充分考虑电导率的横向变化对地电流场的影响。本论文对复杂电导率分布下的磁暴地电流场进行了建模和数值分析。主要研究内容及取得的成果如下：为了解决现有方法只能在电导率随深度变化的一维结构下,解析求解地电流场的问题,首次提出应用有限元法对复杂电导率结构进行建模,数值求解磁暴地电流场。针对一维电导率结构建立了二维场模型,比较了有限元法和解析法的计算结果,验证了有限元法中边界设置、边界条件、网格剖分的有效性,表明有限元建模方法可行。针对电导率随深度和单一横向变化的二维结构,用有限元法分析了地面电磁场的分布情形和地下电流的流通规律,研究了场源的不同形态、电导率结构的不同分布方式对地电流场的影响。在面电流场源的情况下,揭示了电导率横向变化导致的邻近效应和趋肤效应。研究结果表明,将含有横向差异的电导率结构分区成多个一维结构,解析求解地电流场的方法,存在较大误差。对于三维电导率结构下的地电流场求解问题,提出了一种应用地磁测量数据计算三维场的建模方法。该方法只把大地导体作为求解区域,将地面磁场作为模型边界条件,缩小了计算规模,提高了计算效率。应用该方法对典型三维电导率结构进行建模分析,求解了地下感应电流、地面电场及其沿不同路径积分的电位差结果,反映出电导率的三维分布对地电流场影响的复杂性。利用大地电磁测深法获得的电导率反演数据,建立了广东地区电导率模型。以广州地磁台地磁场记录数据为边界条件,在考虑了海陆电导率差异的前提下,针对2004年11月磁暴引起GIC水平最严重的时段,用有限元法求解了广东地区三维地电流场分布,获得了不同变电站接地网之间的电位差；依照同样的思路和方法,利用电导率反演数据建立了华北地区的三维电导率模型,针对同一次磁暴地磁变化剧烈的时段,以同一纬度范围内,距离最近的嘉峪关地磁台地磁场记录数据为边界条件,计算了华北地区的三维地电流场分布,评估了规划中的特高压电网拟建变电站之间的电位差水平。计算结果为进一步计算电网中的GIC打下了基础,为制定特高压电网防范磁暴侵害的技术方案、优化电网设计及变电站选址提供参考。

【关键词】：
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P319.1
【目录】：

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