电晕条件下特高压直流电气设备绝缘表面合成电场数值模拟方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51477120
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0701.电磁场与电路
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

There is no efficeitve method to consider the influence of corona charge when calculating the total surface electric field on the insulation surface of ultra high voltage direct current(UHVDC)power transmission equipment. This lead to comparatively large errors in the design of external insulation structure of equitpment. In-depth study of the total electric field numerical calculation method for UHVDC equipment contribute to an accurate, rapid assessment for the total electric field around the equipment,and the optimization design of the UHVDC equipment. By research on corona mechanism of grading ring and shielding ball, the relationship between the corona onset electrical field strength and environmental and surface parameters, the prediction model which is fitting with simulation results according to experimental data will be given.The deficiency of Peek formula in the application of complex electrode structure is avoided, and hence the accuracy of total electric field is improved.By studying the accumulation and distribution law of the corona charges on the surface of insulating structure, based on the research foundation of insulation disk and single piece of insulator, the appropriate numerical simulation model will be proposed to solve the accumulation characteristics of charge emitted from coronating fitting in steady DC corona condition, which will be extended to complicated model with multi insulators,such as DC voltage divider. Through theoretical study and experimental verification, a system of calculation method of the total electric field around the UHVDC equipment will be proposed. The updating mode of charge density in air,and on the surface of insulation material is studied. The convergence and stability of the upstream finite element method is also studied as well when it is used in the complex model. The accurate solution of electric field on the surface of the power transmission equipment, space electric field and the ground ion flow field will be obtained, which is helpful to achieve the optimization design of the HVDC equipment.
针对特高压直流(UHVDC)电气设备绝缘表面合成电场计算问题,目前尚无有效的方法考虑空间电荷对合成电场的附加影响,使得设备外绝缘设计误差较大。研究空间电荷的产生、迁移以及对绝缘表面电场的相互影响特性,完善电晕试验和绝缘表面电荷测量平台。通过对环形、球形典型金具直流电晕机理的研究,分析金具起晕场强同环境和结构参数的关系,提取特征量,结合电晕模型试验结果,给出典型金具电晕起始场强预测值,弥补Peek公式在复杂电极结构应用中的不足,提高合成电场计算精度。以伞型绝缘圆盘表面电荷积聚试验为基础,拓展到多伞裙绝缘结构的电气设备,研究电晕电荷在绝缘结构表面的积聚规律和分布特性,建立模拟空间电荷在绝缘结构外表面积聚特性的数值模型。研究空气、绝缘表面电荷密度更新模式和方法,改进上流有限元法在复杂模型中的收敛性和稳定性,准确求解UHVDC电气设备绝缘结构外表面电位分布和合成电场,提高设备的外绝缘优化设计水平。

结项摘要

特高压直流电气设备绝缘表面合成电场计算问题是设备外绝缘设计的重要因素。本项目围绕绝缘表面合成电场数值模拟方法研究,从电晕起始特性、空间电荷在绝缘表面分布特性以及合成电场仿真计算方法三个方面展开。针对电晕起始特性,提出了臭氧检测法用于测量金具的电晕起始电压,开展了小尺寸球(棒)、大直径屏蔽球和均压环的电晕特性试验,获取了其电晕起始规律,能够为实际工程的电晕校核提供参考数据。提出了电晕起始电压(场强)预测模型,该模型依据静电场仿真计算获取电极附近的电场分布,定义并提取电场特征集,基于人工智能算法和已有电晕试验数据可准确预测相似环境下其他结构的同极性电晕起始电压。搭建了空间电荷在绝缘表面积聚和消散的试验平台,采用静电探头测量电晕后绝缘材料的表面电位,推导平面和曲面电荷反演算法,计算绝缘表面电荷分布。开展了环氧树脂、玻璃、硅橡胶、3D打印的光敏树脂、环氧树脂和硅橡胶伞裙切片、玻璃绝缘子、瓷绝缘子及喷涂有PRTV涂料的各类绝缘子的电荷积聚与消散试验,发现平板型绝缘材料表面电位呈现“钟形”或“马鞍形”分布,且在一定范围内,绝缘材料表面曲率越大,该处越容易积聚电荷;真型绝缘子表面电位呈现“勺子形”分布,表面电荷消散特性近似指数函数。基于瞬态上流有限元法模拟了电荷在空间中的运动过程,展示了电荷运动过程中空间合成电场的变化,建立了绝缘材料表面电荷面传导、体传导和空气中和三种消散模型,能够准确模拟平板型绝缘材料电荷消散特性。提出了绝缘材料表面电荷密度更新公式用于解决在合成电场计算中电位和空间电荷的相互影响、互相耦合的问题,实现了典型高压直流电气设备周围合成电场的数值计算,可为高压直流电气设备的外绝缘设计和结构优化提供参考。本项目共参与国际国内会议4人次,发表论文24篇,其中期刊论文19篇,SCI收录6篇,EI6篇,中文核心论文7篇,会议论文5篇,申请发明专利1项。共培养研究生10人,其中已毕业7人,在读3人。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(1)
基于有限元的单芯XLPE电缆电感计算研究
  • DOI:
    10.14188/j.1671-8844.2017-03-011
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    武汉大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张琪;杜志叶;王振东;杨知非
  • 通讯作者:
    杨知非
基于臭氧检测法的电晕起始电压测量方法
  • DOI:
    10.13336/j.1003-6520.hve.20171127028
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    高电压技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    金硕;阮江军;朱琳;杜志叶;陈繁;白江
  • 通讯作者:
    白江
±800 kV与±500 kV同塔双回线路不同塔型布置的电磁环境
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015-11
  • 期刊:
    中国电力
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李凌燕;陈媛;杜志叶;李健;阮江军;黄国栋
  • 通讯作者:
    黄国栋
±800kV/±500kV混压双回直流线路的电磁环境分析及改善研究
  • DOI:
    10.13296/j.1001-1609.hva.2016.09.005
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    高压电器
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李凌燕;杜志叶;阮江军;陈 媛;李 健;黄国栋
  • 通讯作者:
    黄国栋
±800kV/±500kV同塔混压双回直流输电线路的导线选型
  • DOI:
    10.13336/j.1003-6520.hve.20160812031
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    高电压技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜志叶;李凌燕;陈 媛;李 健;阮江军;黄国栋
  • 通讯作者:
    黄国栋

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其他文献

±660kV直流换流站阀厅内金具表面电场数值求解
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  • 期刊:
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  • 作者:
    王栋;阮江军;杜志叶;曾静;杜卫;荣荣
  • 通讯作者:
    荣荣
直流换流站阀厅内部场域电位和电场强度子模型法数值求解
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王栋;阮江军;杜志叶;阮祥勇;杨帮华;王宇宙
  • 通讯作者:
    王宇宙
变电站内工频电磁场三维数值仿真研究
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    Dianwang Jishu/power System Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜志叶;阮江军;干喆渊;阮祥勇;荣荣;聂靓靓;周蠡;廖才波
  • 通讯作者:
    廖才波
非重叠Mortar有限单元法在运动导体涡流场计算中的应用
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘守豹;阮江军;彭迎;杜志叶;黄道春;王栋;张宇娇
  • 通讯作者:
    张宇娇
基于3D模拟电荷法的变电站工频电场计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高电压技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜志叶;干喆渊;阮江军;阮祥勇;文武;杜卫
  • 通讯作者:
    杜卫

其他文献

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杜志叶的其他基金

海底电缆J型管段电磁-热-流多场耦合数值模拟方法研究
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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