关键词:
离子流场
高压直流线路
高压交流线路
交叉跨越
有限体积法
摘要:
高压直流输电工程的大量建设使得新建直流线路与原有交流、直流线路的交叉跨越情况变得频繁,为了确保附近人员活动的安全,限制周边环境受到的影响,有必要对高压直流输电线路交叉跨越区域的电场环境进行合理的预测与分析。为了研究高压直流导线交叉跨越处的电场环境,本文比较了有限元计算软件COMSOL Multiphysics与有限体积法计算软件FLUENT ANSYS对于离子流场问题的仿真效果,提出了一种基于对数值模拟软件FLUENT进行二次开发的三维离子流场有限体积法仿真方法,避免了全部自写程序构建三维偏微分求解器的巨大工作量。该方法通过C语言程序自定义标量输运方程与边界条件,离散使用全结构化网格,采用循环计算迭代修正的方式来获得满足Kaptzov假设的表面电荷密度分布。其中分裂导线使用电晕程度等效法等效成单根导线,边界处定义离子输运方程的一阶迎风差分格式以保证收敛,离子流场计算所需的人工边界处标称电势由求解器只求解电势泊松方程给出而无需额外使用模拟电荷法。通过同轴圆柱离子流场解析解、实际运行的双极直流线路下地面离子流场测量值验证了方法的有效性。使用上文提出的仿真方法,本文对高压直流线路从上方以不同方式跨越交流线路的情况进行了模拟,根据计算结果分析了交流线路对直流线路离子流场的影响以及不同交叉角度、跨越距离下地面离子流场的分布规律。在计算混合电场时,采用平均电压代替交流线路的工频电压,表面电荷密度的修正停止条件被设定为整根导线的表面平均场强等于起晕场强而不再追求处处相等。同时,为了减小修正次数,使用更科学的表面电荷密度修正公式来推算下一次计算中表面电荷的取值。最后,本文将交直流线路交叉跨越处离子流场的模拟方法拓展至高压直流线路间相互跨越区域的离子流场计算中,根据计算结果分析了直流线路间相互影响的作用规律与不同交叉角度、跨越距离下地面离子流场分布的复杂变化情况。以上方法均通过了已发表的实验数据的验证,被证明可以用于实际高压线路交叉跨越情形区域的离子流场预测。