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空間離子流場數值計算及工程應用 版權信息
- ISBN：9787030702548
- 條形碼：9787030702548 ; 978-7-03-070254-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
空間離子流場數值計算及工程應用 內容簡介
本書論述空間離子流場數值計算的基本原理及數值方法，推導各種數值方法的數學方程及算法實現過程。全書共分9章，主要內容包括超（特）高壓直流輸電工程離子流場原理，電暈的機理和預測，離子流場的計算和測量方法，二維、三維和瞬態上流有限元計算方法，電荷輸運模型計算離子流場方法，油紙絕緣設備合成電場計算方法。本書融入了近年來國內外在超（特）高壓直流輸電工程離子流場數值計算、電氣設備優化設計與評價方面所積累的經驗和研究成果。本書內容所涉及的工程算例，來源于作者所在的研究團隊多年來從事電磁環境教學、科研及工程評價累積的資料。
空間離子流場數值計算及工程應用 目錄
目錄
第1章 緒論/1
1.1 離子流場問題的提出/2
1.2 高壓直流輸電線路離子流場計算方法的發展歷程/4
1.3 高壓直流輸電線路對周圍環境的影響/7
1.3.1 高壓直流輸電線路電磁環境的影響研究/7
1.3.2 直流輸電系統電磁環境相關標準/8
1.4 換流變壓器油紙絕緣介質合成電場研究現狀/12
本章參考文獻/14
第2章 離子流場的理論分析/21
2.1 離子流場問題的描述/22
2.2 離子流場問題的求解條件/22
2.3 空間離子流場的數學模型/24
2.3.1 空間離子流場的漂移-擴散方程/24
2.3.2 直流離子流場的控制方程/24
2.3.3 解的唯一性/25
本章參考文獻/26
第3章 電暈的機理和預測/28
3.1 電暈的機理/29
3.2 直流線路電暈問題/31
3.2.1 電暈起始電場強度/31
3.2.2 導線表面電場強度/32
3.2.3 線路電暈損失計算/34
3.3 電暈起始電壓預測/35
3.3.1 SVM的基本理論/35
3.3.2 預測模型的建立/38
3.3.3 預測模型的驗證/44
3.3.4 環境因素的討論/50
本章參考文獻/51
第4章 高壓直流輸電線路離子流場的計算和測量方法/53
4.1 離子流場的計算方法/54
4.1.1 基于Deutsch假設的求解方法/54
4.1.2 半經驗公式法/54
4.1.3 電場線法/55
4.1.4 BPA法/60
4.1.5 有限元迭代法/65
4.2 合成電場（離子流場）的測量/72
4.2.1 實驗模型/72
4.2.2 實驗條件及測量方法/73
4.2.3 實驗結果與計算結果對比/76
4.3 氣象條件對計算的影響/79
4.3.1 下雨或相對濕度較大時的情況/79
4.3.2 高海拔情況/80
本章參考文獻/81
第5章 二維上流有限元法/83
5.1 二維上流有限元法的理論及算法實現/84
5.1.1 上流有限單元判定/84
5.1.2 空間電荷密度更新/84
5.1.3 二維上流有限元法的程序實現/86
5.2 二維上流有限元法的迭代收斂性改進/88
5.2.1 二維上流有限元法迭代策略的改進及程序實現/88
5.2.2 同軸圓柱電極模型計算/89
5.2.3 單極直流實驗線路/90
5.2.4 引入迭代因子后算法穩定性驗證/91
5.2.5 ±660 kV直流輸電線路離子流場計算/93
本章參考文獻/96
第6章 三維上流有限元法/98
6.1 傳統三維上流有限元法的理論及算法實現/99
6.1.1 三維上流有限單元判定/99
6.1.2 空間電荷密度更新/100
6.1.3 三維上流有限元法的程序實現/101
6.2 新型三維上流有限元法的理論及算法實現/102
6.2.1 新型上流有限單元的尋找策略及程序實現/102
6.2.2 二維模型中計算結果對比與分析/104
6.2.3 三維模型中計算結果對比與分析/104
6.2.4 直流輸電線路下方房屋附近合成電場計算/105
本章參考文獻/109
第7章 瞬態上流有限元法/110
7.1 二維軸對稱上流有限元法的算法實現/111
7.1.1 數學模型/111
7.1.2 算法描述/111
7.1.3 二維軸對稱上流有限元法的算法驗證/112
7.2 瞬態上流有限元法的理論及算法實現/113
7.2.1 瞬態上流有限單元尋找策略/113
7.2.2 瞬態上流有限元法的程序實現/114
7.3 絕緣材料表面電荷聚散過程仿真分析/116
7.3.1 絕緣介質表面電荷積聚機理/116
7.3.2 絕緣介質表面電荷積聚模型/117
7.3.3 變步長實現電荷密度更新/118
7.3.4 仿真結果分析/119
7.4 直流分壓器附近離子流場分析/123
7.4.1 模型構建/123
7.4.2 傘裙表面電荷處理方式/125
7.4.3 直流分壓器靜電場計算/126
7.4.4 直流分壓器離子流場計算/127
7.4.5 直流分壓器周圍空間電荷影響規律分析/129
本章參考文獻/130
第8章 基于空間電荷輸運方程模型的計算方法/132
8.1 物理及數學模型/133
8.2 單極直流輸電線路的計算/134
8.3 雙極直流輸電線路的計算/136
8.3.1 輸電導線等效單根模型/137
8.3.2 輸電導線分裂模型/139
本章參考文獻/141
第9章 油紙絕緣設備典型合成電場數值計算方法/143
9.1 數學模型/144
9.2 計算流程/146
9.3 單層油紙絕緣結構合成電場計算/147
9.3.1 模型構建/147
9.3.2 仿真結果驗證/149
9.4 關鍵參數對油紙絕緣結構合成電場的影響/151
9.4.1 外加電場強度的影響/152
9.4.2 載流子遷移率的影響/153
9.4.3 電極注入勢壘的影響/154
9.4.4 陷阱捕獲系數的影響/155
9.4.5 陷阱濃度的影響/156
9.4.6 正負載流子復合系數的影響/157
9.5 溫度梯度下空間電荷運動仿真分析/159
9.6 極性反轉條件下空間電荷運動仿真分析/161
9.7 雙層油紙絕緣結構合成電場計算/163
9.7.1 油紙絕緣結構界面電荷數學模型/163
9.7.2 仿真結果分析/164
本章參考文獻/166
第1章 緒論/1
1.1 離子流場問題的提出/2
1.2 高壓直流輸電線路離子流場計算方法的發展歷程/4
1.3 高壓直流輸電線路對周圍環境的影響/7
1.3.1 高壓直流輸電線路電磁環境的影響研究/7
1.3.2 直流輸電系統電磁環境相關標準/8
1.4 換流變壓器油紙絕緣介質合成電場研究現狀/12
本章參考文獻/14
第2章 離子流場的理論分析/21
2.1 離子流場問題的描述/22
2.2 離子流場問題的求解條件/22
2.3 空間離子流場的數學模型/24
2.3.1 空間離子流場的漂移-擴散方程/24
2.3.2 直流離子流場的控制方程/24
2.3.3 解的唯一性/25
本章參考文獻/26
第3章 電暈的機理和預測/28
3.1 電暈的機理/29
3.2 直流線路電暈問題/31
3.2.1 電暈起始電場強度/31
3.2.2 導線表面電場強度/32
3.2.3 線路電暈損失計算/34
3.3 電暈起始電壓預測/35
3.3.1 SVM的基本理論/35
3.3.2 預測模型的建立/38
3.3.3 預測模型的驗證/44
3.3.4 環境因素的討論/50
本章參考文獻/51
第4章 高壓直流輸電線路離子流場的計算和測量方法/53
4.1 離子流場的計算方法/54
4.1.1 基于Deutsch假設的求解方法/54
4.1.2 半經驗公式法/54
4.1.3 電場線法/55
4.1.4 BPA法/60
4.1.5 有限元迭代法/65
4.2 合成電場（離子流場）的測量/72
4.2.1 實驗模型/72
4.2.2 實驗條件及測量方法/73
4.2.3 實驗結果與計算結果對比/76
4.3 氣象條件對計算的影響/79
4.3.1 下雨或相對濕度較大時的情況/79
4.3.2 高海拔情況/80
本章參考文獻/81
第5章 二維上流有限元法/83
5.1 二維上流有限元法的理論及算法實現/84
5.1.1 上流有限單元判定/84
5.1.2 空間電荷密度更新/84
5.1.3 二維上流有限元法的程序實現/86
5.2 二維上流有限元法的迭代收斂性改進/88
5.2.1 二維上流有限元法迭代策略的改進及程序實現/88
5.2.2 同軸圓柱電極模型計算/89
5.2.3 單極直流實驗線路/90
5.2.4 引入迭代因子后算法穩定性驗證/91
5.2.5 ±660 kV直流輸電線路離子流場計算/93
本章參考文獻/96
第6章 三維上流有限元法/98
6.1 傳統三維上流有限元法的理論及算法實現/99
6.1.1 三維上流有限單元判定/99
6.1.2 空間電荷密度更新/100
6.1.3 三維上流有限元法的程序實現/101
6.2 新型三維上流有限元法的理論及算法實現/102
6.2.1 新型上流有限單元的尋找策略及程序實現/102
6.2.2 二維模型中計算結果對比與分析/104
6.2.3 三維模型中計算結果對比與分析/104
6.2.4 直流輸電線路下方房屋附近合成電場計算/105
本章參考文獻/109
第7章 瞬態上流有限元法/110
7.1 二維軸對稱上流有限元法的算法實現/111
7.1.1 數學模型/111
7.1.2 算法描述/111
7.1.3 二維軸對稱上流有限元法的算法驗證/112
7.2 瞬態上流有限元法的理論及算法實現/113
7.2.1 瞬態上流有限單元尋找策略/113
7.2.2 瞬態上流有限元法的程序實現/114
7.3 絕緣材料表面電荷聚散過程仿真分析/116
7.3.1 絕緣介質表面電荷積聚機理/116
7.3.2 絕緣介質表面電荷積聚模型/117
7.3.3 變步長實現電荷密度更新/118
7.3.4 仿真結果分析/119
7.4 直流分壓器附近離子流場分析/123
7.4.1 模型構建/123
7.4.2 傘裙表面電荷處理方式/125
7.4.3 直流分壓器靜電場計算/126
7.4.4 直流分壓器離子流場計算/127
7.4.5 直流分壓器周圍空間電荷影響規律分析/129
本章參考文獻/130
第8章 基于空間電荷輸運方程模型的計算方法/132
8.1 物理及數學模型/133
8.2 單極直流輸電線路的計算/134
8.3 雙極直流輸電線路的計算/136
8.3.1 輸電導線等效單根模型/137
8.3.2 輸電導線分裂模型/139
本章參考文獻/141
第9章 油紙絕緣設備典型合成電場數值計算方法/143
9.1 數學模型/144
9.2 計算流程/146
9.3 單層油紙絕緣結構合成電場計算/147
9.3.1 模型構建/147
9.3.2 仿真結果驗證/149
9.4 關鍵參數對油紙絕緣結構合成電場的影響/151
9.4.1 外加電場強度的影響/152
9.4.2 載流子遷移率的影響/153
9.4.3 電極注入勢壘的影響/154
9.4.4 陷阱捕獲系數的影響/155
9.4.5 陷阱濃度的影響/156
9.4.6 正負載流子復合系數的影響/157
9.5 溫度梯度下空間電荷運動仿真分析/159
9.6 極性反轉條件下空間電荷運動仿真分析/161
9.7 雙層油紙絕緣結構合成電場計算/163
9.7.1 油紙絕緣結構界面電荷數學模型/163
9.7.2 仿真結果分析/164
本章參考文獻/166
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空間離子流場數值計算及工程應用 節選
第1章 緒論 1.1 離子流場問題的提出 電力工業時代，直流輸電是*初采用的輸電形式，隨著三相交流電機和變壓器的應用，交流輸電普遍代替直流輸電成為主流輸電方式。但是，隨著電力系統不斷擴大，輸電功率和輸電距離不斷增加，大功率換流電子器件誕生，直流輸電技術重回歷史舞臺，在世界范圍內得到快速發展和廣泛應用。 高壓直流輸電（high voltage direct current，HVDC）系統較高壓交流輸電（high voltage alternating current，HVAC）系統更具優勢：利用直流輸電可以實現不同額定頻率或同頻不同相的交流系統之間的互聯，提高兩端交流系統互為備用及發生事故時緊急支援的能力，從而提高系統的穩定性和供電的經濟性；高壓直流適合高電壓、遠距離、大容量輸電，不會改變功角關系，從而不會因為系統的靜態穩定或暫態穩定性能變差而降低輸送容量；電力系統非同步聯網，被聯電網可以獨立運行，不受聯網的影響，被聯電網之間交換的功率可以快速、方便地得到控制，有利于電力系統運行和管理；單極故障時，可以采用大地作為備用電極導線構成回路，提高輸電系統的運行可靠性。*早投入商業化運行的高壓直流輸電工程包括1951年蘇聯建成的莫斯科（Moscow）至卡希拉（Kashira）高壓直流輸電系統（30 MW，±100 kV，全長100 km），以及瑞典建成的瑞典本土至哥特蘭島（Gotland）高壓直流輸電系統（20 MW，±100 kV，全長96 km）。為了滿足電力發展的需要，我國也相繼投運了一系列直流輸電工程，包括1989年投入商業運行的舟山直流輸電工程，該線路輸電電壓等級較低，為±100 kV，以及之后電壓等級逐漸提升至±500 kV的葛洲壩至上海南橋、廣西天生橋至廣州北郊、三峽至江蘇常州、三峽至廣東惠州等十幾條直流輸電工程。云南至廣東±800 kV特高壓直流輸電示范工程，西起云南省楚雄彝族自治州祿豐市，東至廣東省廣州市增城區，線路全長1 438 km，額定輸送容量500萬kW，2009年單極投運，2010年雙極投運，這標志著我國直流輸電步入了特高壓輸電行列[1]。然而，高壓直流系統在進行大功率、遠距離輸送電力的同時也帶來了一系列工程問題亟須解決。 隨著電壓等級的提高，輸變電系統存在一系列工程問題。高壓直流線路電磁環境，包括直流合成電場強度、離子流密度、直流磁場、可聽噪聲，以及無線電干擾，是工程設計、建設和運行中必須考慮的重要指標。其中，直流合成電場強度和離子流密度是直流輸電系統特有的物理量，這導致直流輸電電磁環境與交流輸電電磁環境有較大的差別。高壓直流線路在運行時，電暈產生的空間電荷與直流導線產生的標稱電場（沒有空間電荷存在時的靜電場）共同作用形成合成電場，電荷運動導致漂移方向上的合成電場強度增大，地表電場強度可以達到標稱電場強度的3倍以上；空間電荷在電場力的作用下定向運動形成離子流，會對線路走廊內人們的健康產生不良影響。隨著線路電壓等級升高、天氣變化加劇，以及海拔高度上升，電磁環境問題將更加突出。因此，對高壓直流線路開展電磁環境研究具有重要意義[2]。 高壓直流輸變電設備本身，如輸電線路絕緣子串均壓環和直流分壓器均壓環等，在雨、霧等氣候條件下也會出現電暈現象。研究表明，在潮濕霧霾天氣，金具表面的電暈起始電壓較低，極易產生電暈。在直流換流站內，運行人員經常會看到金具表面輝光放電，并聽到嗞嗞聲，說明金具產生了電暈，這一現象也驗證了上述理論。持續發生的電暈現象在惡劣的自然環境中會加速金具材料的腐蝕；電暈產生的空間電荷在電場力的作用下，會充斥整個空間，形成穩定的空間電荷分布，使得設備附近區域電場分布特性發生變化；空間電荷也會積聚到電氣設備的絕緣結構材料表面，如支柱絕緣子和直流分壓器等設備的絕緣傘裙表面，使該處的電場強度發生嚴重的畸變，加劇絕緣子局部或整體的老化，表面憎水性不斷減弱直至喪失，使其失去應有的耐污閃性能甚至損壞；空間電荷在運動的過程中，容易吸附在懸浮污穢顆粒表面，在直流電場的作用下帶電污穢顆粒更容易聚集在絕緣結構表面，附著的污穢形成的局部干區又會加劇整個設備外絕緣表面電壓分布的不均勻程度，局部放電發展到一定程度后轉化成穩定的電弧放電，從而引起外絕緣在工作電壓下發生污穢閃絡。高壓直流絕緣子積污較交流時嚴重，絕緣傘裙上、下表面污穢度比較大，污穢中的鹽離子成分也比同等交流電場條件下比重大，使得相同污穢條件下直流污閃電壓比交流時更低，這主要是高壓直流金具電暈產生的離子流空間電荷導致的結果[3]。 國內外高壓直流輸電系統運維經驗表明，直流輸電設備絕緣問題是影響直流輸電安全可靠性的關鍵問題。高壓設備體積、質量大，造價高，若發生事故，則會引起直流輸電系統被迫停運[4]。換流變壓器作為直流換流站內的關鍵設備，與一般的交流電力變壓器在結構和性能方面有較大的區別。國際大電網會議（Conference International des Grands Reseaux Electriques，CIGRE）發布的統計數據表明，換流變壓器的故障率約為交流變壓器的2倍。因此，對換流變壓器內絕緣系統的絕緣特性及擊穿機理的研究顯得尤為重要[4]。換流變壓器閥側繞組油紙絕緣結構承受直流、工頻交流和高次諧波等工作電壓產生的電場，以及操作過電壓和極性反轉電壓造成的暫態電場。在直流電壓作用下，絕緣系統內直流電場呈現阻性分布，傳導電流造成油紙分界面上積聚大量電荷。當直流輸電換向極性發生反轉時，外加的極性反轉電壓產生的電場和絕緣內部積聚電荷產生的電場共同作用，會極大地增加油紙絕緣材料所承受的電場。因此，油紙絕緣介質往往會因為積聚電荷的作用在電壓突變時產生局部放電，甚至會導致絕緣介質擊穿損壞[5]。換流變壓器運行過程中，線圈產生的焦耳熱量和鐵心產生的渦流磁滯損耗會使油溫升高，隨著變壓器油的流動，變壓器內油紙絕緣系統不同位置溫度將存在差異。換流變壓器油紙絕緣介質內空間電荷的存在對其絕緣性能是否會產生影響，到底能產生多大的影響，現階段只存在定性分析及感性認識，并無直接的實驗研究和理論依據，缺少對復合電場和溫度場作用下油紙絕緣系統的絕緣特性及擊穿機理的深入研究，這極大地影響了特高壓換流變壓器國產化的進程[4]。因此，對換流變壓器內部油紙絕緣系統空間電荷產生的合成電場計算方法開展研究具有重要的理論意義和廣泛的應用前景。 1.2 高壓直流輸電線路離子流場計算方法的發展歷程 作為高壓直流輸電系統的重要組成部分，直流輸電線路對環境造成影響的*重要因素就是導線表面電荷與空間電荷共同作用產生的合成電場，以及空間離子流入大地產生的地面離子電流密度，它們是表征直流離子流場的兩個主要參數。國內外研究機構或建立直流輸電線路縮尺模型，或針對實際直流工程線路，對地面合成電場強度和離子電流密度與線路基本參數之間的關系進行了大量的測量研究[2]。直流離子流場的計算涉及多方面的問題，導線表面電暈起始電場強度的確定，耦合求解Poisson方程和電流連續性方程的快速收斂數值計算方法的研究，空間電荷遇到懸浮導體、絕緣介質或被灰塵吸附后的運動特性，大規模三維離子流場數值計算效率的提升，以及交直流混合電場的數值模型等都是國內外學者研究的主要問題[2， 6]。 Hara等[7-9]在直流離子流場測量方面研究較早，在日本住友電氣工業株式會社（Sumitomo Electric Industries）的熊取町（Kumatori）高壓實驗室建立了單極和雙極戶外實驗線路，考慮風速對空間電荷分布的影響，對導線下方地面處合成電場強度和離子流密度進行了測量。美國電力研究院（Electric Power Research Institute，EPRI）建立了直流輸電線路模型，對地面合成電場強度和離子電流密度與線路基本參數之間的關系進行了大量實驗，并得到了半經驗公式，可以用于線路結構及導線布置與實驗線路相似的直流輸電線路離子流場工程計算。 國內的文川等[10]于1985年對高壓直流實驗線路的電暈起始電壓及地面離子流進行了測量，針對原武漢高壓研究所架設的高壓直流輸電實驗線路，提出了同時測量導線電暈電流和地面離子流隨導線電壓變化曲線的方法用于確定導線的起暈電壓，并研究了風向對地面離子流密度分布產生的影響。張美蓉等[11]在實驗室內對有架空地線和無架空地線兩種情況下，單極和雙極模擬直流輸電線路下方地面離子流密度和合成電場強度的分布進行了測量，并與戶外直流實驗線路下方測量數據進行對比，與測量結果比較接近，認為風及架空地線對地面合成電場強度的影響比對離子流密度的影響小。張杰等[12-14]在武漢、青海兩地通過縮尺實驗研究了不同海拔對高壓直流輸電線路電暈電流、地面離子流密度和合成電場強度產生的影響，得到直流輸電線路起暈電壓隨海拔的上升而降低，以及電暈電流和離子流隨海拔的上升而增大等結論。侯遠航等[15]通過縮尺模型實驗研究了直流輸電線路極導線垂直排列的離子流場問題，測量了不同極導線高度和排列方式下合成電場強度的分布。實驗結果表明：極導線水平排列比垂直排列線路下方地表合成電場強度幅值高，高電場強度區寬；垂直排列極導線采用上負下正布置方式時，地表合成電場強度較低。華北電力大學崔翔課題組和中國電力科學研究院在北京特高壓實驗基地搭建了雙極直流實驗線段，對線段下方地面和房屋模型頂部的合成電場強度進行了測量，測量結果得到了廣泛的引用[16]。 國外學者在直流離子流場計算方面的研究較早，1914年，Townsend[17]就采用解析計算的方法求解同軸圓柱電極離子流場。對于簡單模型，如平行金屬板、同軸圓柱和金屬球殼電極等，場域及其內部物理量分布對稱，因此可以簡化為一維模型，該模型存在與邊界條件對應的唯一解析解，文獻[18]～文獻[20]分別對上述三種模型進行了討論并給出了結果。然而，對于稍微復雜的離子流場模型，無法簡化為一維模型進行等效計算，這時必須采用數值計算方法。 Deutsch[21]認為，空間電荷密度只改變電場強度的大小，而不改變其方向，即Deutsch假設。Sarma等[22-25]將關于電位的三階非線性偏微分離子流場控制方程簡化為一階微分方程組，結合適當的邊界條件用于求解單極和雙極高壓直流輸電線路離子流場分布。基于Deutsch假設的離子流場計算方法在國內得到了廣泛的應用，并被《高壓直流架空送電線路技術導則》（DL/T 436—2005）推薦用于工程計算直流輸電線路離子流場。該方法被稱為電場線法或通量線法，它無須對計算場域劃分網格，計算速度快，可以用于指導直流線路工程設計。基于電場線法，國內的傅賓蘭[26]編制了單極和雙極直流輸電線路各種線路布置時的地面合成電場強度和離子流密度的計算程序，并研究了線路參數對合成電場強度和離子流密度的影響。田冀煥等[27]對±500 kV同塔雙回和同走廊雙回直流輸電線路離子流場進行了計算，研究了雙回極導線八種布置方式下地面合成電場強度和離子流密度的特點。楊勇等[28-31]對同走廊雙回、垂直排列直流輸電線路離子流場進行了計算。楊潔[32]研究了交直流混合輸電線路并行走廊下地表電場強度和離子流密度的計算方法。羅兆楠等[33， 34]研究了輸電線路下方建筑物附近的離子流場。盧鐵兵等[35]將此方法應用于±800 kV直流輸電線路離子流場的計算中，并研究了交直流混合輸電線路并行走廊下地表電場強度和離子流密度的計算方法。 雖然基于Deutsch假設的電場線法在工程實際中得到了廣泛的應用，但該方法主要存在三大缺點：**，該方法無法考慮正、負電荷的復合作用；第二，已知直流輸電線路離子流場即空間電荷分布受大氣環境影響很大，風的存在會對電場線產生畸變，但該方法無法考慮風速的影響；第三，該方法的理論基礎Deutsch假設基于簡單結構單極線路模型，對于復雜離子流場求解模型，存在計算精度較低的缺點。Maruvada[36]認為，在弱電暈狀態下運行的直流輸電線路，采用Deutsch假設的計算方法結果基本
空間離子流場數值計算及工程應用 作者簡介
阮江軍，男，武漢大學二級教授，博士生導師。1995年畢業于華中理工大學，獲工學博士學位。主要從事電磁-溫度-流體-力學多物理場分析、高壓電氣設備狀態檢測與評估、絕緣放電預測理論、電工新材料研發、防雷接地等研究。主持的“電磁多物理場分析關鍵技術及其在電工裝備虛擬設計與狀態評估的應用”獲2017年湖北省科技進步一等獎，入選第四批國家“萬人計劃”。
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