,三峡大学硕士学位论文目录引言绪论课题背景及研究意义国内外研究现状本文的主要研究内容边界元理论基础理论直接边界元法间接边界元法奇异积分本章小结曲面边界元原理曲面四边形边界元原理曲面三角形边界元原理本章小结曲面边界元法的精细后处理精细后处理方法曲面四边形精细后处理算例曲面三角形精细后处理算例本章小结特高压绝缘子电场分析多介质和悬浮导体处理方法特高压复合绝缘子算例本章小节结论参考文献后记附录三峡大学硕士学位论文引言随着我国经济的高速发展，作为能源供应的电力工业已处于优先发展的地位。为了满足未来持续增长的电力需求，建设特高压电网成为我国电力工业发展的必由之路。特高压输电技术是当今世界电力技术的至高点，随着电压等级的提高，对输电线路的绝缘水平和安全性也提出了严峻的挑战。绝缘子是输配电设备中的重要元器件，起电气绝缘和机械固定的作用，它的可靠性直接影响着输电线路乃至整个电力系统的安全运行。因此，为了确定特高压输电线路的绝缘水平，必须精确确定绝缘子串的电场和电位分布。鉴于特高压输电线路的特殊性，特高压输电线路的绝缘子有结构复杂尺寸较长等特点，实际测量绝缘子串及其附近的电场和电位具有定的困难，因此选用数值计算方法来研究绝缘子串的电场。目前，主要的电磁场计算方法有有限元法边界元法有限差分法和耦合法等。由于绝缘子串电场计算是个开域问题，边界元法只考虑边界，维数低计算节点数少，是处理开域问题最理想方法。而传统边界元法有个缺点是最后形成的系数矩阵是满阵，因此，计算节点的多少直接决定方程组是否能求解。传统边界元法通常采用阶单元剖分边界，边界单元取为平面三角形或四边形，积分在线性单元上进行。但是，剖分后的边界是实际边界面的近似，网格剖分越粗，两者差别越大，计算误差也就越大。如果增加剖分单元的数量，虽然剖分后的边界向实际边界逼近，但同时节点的数量也大幅增加，导致方程组求解困难。虽然，二阶剖分单元更接近于实际边界，但由于二阶单元节点数比阶单元多，计算速度要比相同节点数量的阶单元慢得多。所以，为了在不增加计算节点数的情况下提高边界元的计算精度，本论文提出用双次曲面拟合实际积分面的曲面边界元方法。由于曲面边界元方法采用高阶网格粗略剖分模型，在显示模型电场云图方面存在缺陷，故引入精细后处理方法对曲面边界元方法进行完善。三峡大学硕士学位论文绪论课题背景及研究意义年底，国家电网公司在认真分析我国电力工业发展现状及未来趋势的基础上，提出了“特三大”战略，即建设以特高压电网为骨干网架各级电网协调发展的坚强国家电网的发展目标，促进大煤电大水电大核电基地集约化开发。国家已经把发展特高压技术与装备纳入我国国家中长期科学和技术发展规划纲要和中国应对气候变化国家方案。在全国联网逐步实现的基础上，目前国家电网公司已经启动了建设以特高压输电网为核心的国家电网工程，该工程的启动关系到国家能源战略和能源安全，关系到国民经济可持续发展，因此，电网电压等级提高是我国经济发展的需要。特高压电网对输电线路外绝缘要求高，绝缘子是输配电设备中的重要元器件，起电气绝缘和机械固定的作用，它的可靠性直接影响着输电线路乃至整个电力系统的安全运行。复合绝缘子由于抗污闪性能好重量轻运行基本免维护电晕小电磁干扰小等优点，越来越多地应用于特高压输电线路，特别是在我国输电线路存在重污秽的地区，将优先采用复合绝缘子。然而，复合绝缘子由于电场分布极不均匀，芯棒高压端附近往往承受着过高的电场，当电场强度达到定数值后，就会引起绝缘材料老化击穿，金具表面发生电晕甚至电弧。容易导致芯棒脆断掉线等严重事故。因此，研究复合绝缘子的电场和电位分布，从而确定绝缘子的绝缘水平，对特高压输电线路的安全运行及维护具有重要的意义。特高压输电线路的绝缘子有结构复杂尺寸较长等特点，同时还要处理多介质和悬浮导体的问题，鉴于特高压输电线路电压等级较高，实际测量绝缘子串及其附近的电场和电位具有定的困难。若在实验室进行试验，则需要建立相同尺寸的模型，将耗费大笔的时间和经费，采用电磁场数值计算的方法，可以减少大量重复性工作节省经费，因此选用电磁场数值计算方法来研究绝缘子串的电场和电位分布。由于绝缘子串电场计算是个开域问题，边界元法只考虑边界，维数低精度高，是处理开域问题最理想方法。但边界元法有个明显的缺点是边界元法求解代数方程组的系数矩阵是满阵，因此，计算节点的多少直接决定方程组是否能求解。传统边界元法通常采用阶单子绝缘水平提供参考。计算结果表明，加装均压环后的复合绝缘子沿面电场强度分布和电位分布得到明显改善通过比较曲面边界元法和高精度有限元法的计算结果，验证了曲面边界元法的正确性通过比较曲面边界元法和阶平面边界元法的计算结果，得出曲面边界元法优于阶平面边界元法的结论。工作展望本论文经过定的研究，得出曲面边界元法在计算精度上优于阶平面边界元法的结论，但是曲面边界元法在构造曲面的形状函数方面比阶平面边界元法复杂，用编写程序时也比阶平面边界元法复杂，运行速度自然也受到影响。为了不影响曲面边界元的运行速度，可以在编程实现时设置几个数组，将计算好的形状函数雅可比矩阵和法向量存储在数组中，这样每次调用时就不需要重新计算，与阶平面边界元法样直接调用，运行速度与阶平面边界元程序相当。程序中分配数组的语句如下,三峡大学硕士学位论文语句中，数组,分别存储形状函数和雅可比矩阵法向量分别存储在数组和,中数组,存储的是奇异积分时细分后的单元的形状函数和雅可比矩阵同样地，奇异积分时细分后的法向量分别存储在数组中。曲面边界元法的计算程序经过以上处理后运行速度有所加快，但是当计算模型较复杂，剖分单元数量增多后，该程序的运行速度问题仍会成为求解过程中的主要问题。除此之外，本文中计算特高压绝缘子串电场问题时，没有考虑绝缘子串所受的外界环境影响，是实际问题的简化模型。当考虑绝缘子串受杆塔覆冰或污秽等的影响时，用本论文的曲面边界元法又该如何进行计算，需要作何更改，这都需要进步的研究。因此，本论文进步工作展望如下引入快速多极子算法，对曲面边界元法计算程序作出更改，加快程序运行速度。考虑绝缘子串受杆塔覆冰或污秽等的影响，进行进步的深入研究，使曲面边界元法更适用于求解实际工程问题。三峡大学硕士学位论文参考文献赵庆波,张正陵,白建华能源资源格局与“特三大”电力发展战略中国电力张章奎国内外特高压电网技术发展综述华北电力技术刘振亚特高压电网北京中国经济出版社，汪晶毅复合绝缘子在特高压直流工程中应用探讨电网与清洁能源司马文霞，施健，袁涛，杨庆，孙才新特高压复合绝缘子电场计算及基于神经网络遗传算法的均压环结构优化设计高电压技术刘泽洪复合绝缘子使用现状及其在特高压输电线路中的应用前景电网技术郑勤红，解福瑶，钱双平，李景天，杨永柏用边界元法计算特殊静电场问题电机与控制学报倪光正，杨仕友，邱捷工程电磁场数值计算第版北京机械工业出版社，王勇，陈仁全，杨廷志，彭英，池安祥高压变电站工频电场计算方法分析重庆科技学院学报刘士利，王泽忠，孙超应用伽辽金边界元法的直流换流站屏蔽罩表面场强计算电网技术刘建军，王建民边界元法在超高压变压器电场计算中的应用分析变压器姜保军，孙力，李波电磁检测中的开域电磁场数值计算中国电机工程学报王泽忠，李亚莎，邓春华基于球坐标系的三维静电场曲边四边形边界元方法电工技术学报刘士利改进边界元法及其在电场计算中的应用北京华北电力大学，邓春华三维静电场高精度边界元方法的研究北京华北电力大学，张丽萍，袁建生电磁场数值计算国际会议综述电工技术杂志，谢德馨,姚缨英,白保东,李锦彪三维涡流场的有限元分析北京机械工业出版社,三峡大学硕士学位论文席尔维斯特,费拉里著,简柏敦,倪光正译有限元法在电气工程中的应用杭州浙江大学出版社,姚振汉，王海涛边界元法北京高等教育出版社，刘守豹，阮江军，张宇，杜志叶，黄道春有限元边界元耦合法在运动导体涡流场中的应用中国电机工程学报赵良合成绝缘子三维电场迭代法的研究北京华北电力大学，李磊断路器电场有限元分析及优化设计系统研究沈阳沈阳工业大学王泽忠，李云伟，徐迪，柳华，王哲变电站开关瞬态电磁场数值计算方法中国电机工程学报李亚莎高精度快速边界元法及其在绝缘子电场计算中应用研究北京华北电力大学，张占龙，邓军，朱祯海，肖冬萍，李德文，胡强，何为，郭伟电场计算的快速多极子预条件高阶边界元法重庆大学学报王仁宏，李崇君，朱春钢计算几何教程北京科学出版社，贾杰基于三角曲面的造型系统研究西安西安理工大学，陈宇拓，杨卫民，熊秋波，胡亮，韩旭里基于二次曲面的图像雕刻型面建模计算机应用王泽忠，全玉生，卢斌先工程电磁场北京清华大学出版社，三峡大学硕士学位论文盛剑霓工程电磁场数值分析陕西西安交通大学出版社，刘姜玲合成绝缘子三维电场分区边界元法的研究北京华北电力大学，张占龙,邓军,李德文,朱祯海,胡强,何为多介质工频电场分析的快速多极子边界元法电机与控制学报，王栋，阮江军，杜志叶，阮祥勇，刘守豹并行求解含有电位悬浮导体的静电场数值问题中国电机工程学报李旭，许懿计算电位悬浮导体电场问题的有限元外推法电气应用黄道春，阮江军，刘守豹特高压交流复合绝缘子电位和均压环表面电场分布计算高电压技术三峡大学硕士学位论文后记本论文是在李亚莎导师的悉心教导下完成的。论文的选题构思以及写作各方面，都离不开李老师的费心指导。李老师严谨的治学作风和认真工作态度影响着我，使我在工作和学习上终身受益。三年来，李老师在学业上对我的谆谆教诲以及在生活上对我的关心我将铭记于心，能师从李老师是我的荣幸。在此，我向李亚莎导师致以衷心的感谢和无限的敬意。这三年的研究生生活是我今生最难忘的日子，在此论文完成之际，对曾给予我学术上指导和生活上关心的所有老师和同学致以我最衷心的感谢！这三年来有了你们的关心和帮助，让我的研究生生活倍感充实。与徐瑞宇同学的学术交流使我受益颇深。在此也感谢我的家人和未婚夫，他们在生活和精神上给予我了很大的支持和帮助，使我无后顾之忧，顺利完成学业。三峡大学硕士学位论文附录攻读硕士学位期间发表的部分学术论著李亚莎,李晶晶，徐瑞宇新型曲面三角形边界元法及其在电场计算中的应用电气开关，指导教师学科系主任院分管领导分类号密级硕士学位论文曲面边界元方法及其在特高压绝缘子串电场计算中的应用学位申请人李晶晶学科专业电力系统及其自动化指导教师李亚莎副教授二三年五月,三峡大学硕士学位论文三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名日期三峡大学硕士学位论文内容摘要特高压输电技术是当今世界电力技术的至高点，随着电压等级的提高，对输电线路的绝缘水平和安全性也提出了严峻的挑战。绝缘子是输配电设备