本文關(guān)鍵詞：磁暴情況下復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維地電流場有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華北電力大學(xué)》 2015年

磁暴情況下復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維地電流場有限元分析

董博  

【摘要】：大地電導(dǎo)率構(gòu)造的三維分布會(huì)對(duì)磁暴時(shí)的地電流場產(chǎn)生重要的影響。獲得磁暴時(shí)地下感應(yīng)電流在大地導(dǎo)體中的流通規(guī)律及其對(duì)地面電場的影響機(jī)理,是精確評(píng)估電網(wǎng)和油氣管道中的地磁感應(yīng)電流(GIC)水平、預(yù)測防治空間天氣災(zāi)害的重要前提。但是,目前研究沒有充分考慮電導(dǎo)率的橫向變化對(duì)地電流場的影響。本論文對(duì)復(fù)雜電導(dǎo)率分布下的磁暴地電流場進(jìn)行了建模和數(shù)值分析。主要研究內(nèi)容及取得的成果如下：為了解決現(xiàn)有方法只能在電導(dǎo)率隨深度變化的一維結(jié)構(gòu)下,解析求解地電流場的問題,首次提出應(yīng)用有限元法對(duì)復(fù)雜電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,數(shù)值求解磁暴地電流場。針對(duì)一維電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)建立了二維場模型,比較了有限元法和解析法的計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證了有限元法中邊界設(shè)置、邊界條件、網(wǎng)格剖分的有效性,表明有限元建模方法可行。針對(duì)電導(dǎo)率隨深度和單一橫向變化的二維結(jié)構(gòu),用有限元法分析了地面電磁場的分布情形和地下電流的流通規(guī)律,研究了場源的不同形態(tài)、電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的不同分布方式對(duì)地電流場的影響。在面電流場源的情況下,揭示了電導(dǎo)率橫向變化導(dǎo)致的鄰近效應(yīng)和趨膚效應(yīng)。研究結(jié)果表明,將含有橫向差異的電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)分區(qū)成多個(gè)一維結(jié)構(gòu),解析求解地電流場的方法,存在較大誤差。對(duì)于三維電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)下的地電流場求解問題,提出了一種應(yīng)用地磁測量數(shù)據(jù)計(jì)算三維場的建模方法。該方法只把大地導(dǎo)體作為求解區(qū)域,將地面磁場作為模型邊界條件,縮小了計(jì)算規(guī)模,提高了計(jì)算效率。應(yīng)用該方法對(duì)典型三維電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析,求解了地下感應(yīng)電流、地面電場及其沿不同路徑積分的電位差結(jié)果,反映出電導(dǎo)率的三維分布對(duì)地電流場影響的復(fù)雜性。利用大地電磁測深法獲得的電導(dǎo)率反演數(shù)據(jù),建立了廣東地區(qū)電導(dǎo)率模型。以廣州地磁臺(tái)地磁場記錄數(shù)據(jù)為邊界條件,在考慮了海陸電導(dǎo)率差異的前提下,針對(duì)2004年11月磁暴引起GIC水平最嚴(yán)重的時(shí)段,用有限元法求解了廣東地區(qū)三維地電流場分布,獲得了不同變電站接地網(wǎng)之間的電位差；依照同樣的思路和方法,利用電導(dǎo)率反演數(shù)據(jù)建立了華北地區(qū)的三維電導(dǎo)率模型,針對(duì)同一次磁暴地磁變化劇烈的時(shí)段,以同一緯度范圍內(nèi),距離最近的嘉峪關(guān)地磁臺(tái)地磁場記錄數(shù)據(jù)為邊界條件,計(jì)算了華北地區(qū)的三維地電流場分布,評(píng)估了規(guī)劃中的特高壓電網(wǎng)擬建變電站之間的電位差水平。計(jì)算結(jié)果為進(jìn)一步計(jì)算電網(wǎng)中的GIC打下了基礎(chǔ),為制定特高壓電網(wǎng)防范磁暴侵害的技術(shù)方案、優(yōu)化電網(wǎng)設(shè)計(jì)及變電站選址提供參考。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P319.1
【目錄】：

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