表面水滴对交流导线电晕特性的影响

雨天条件下,输电线路导线表面形成的水滴会畸变导线周围电场,从而改变导线的电晕特性。笔者基于实验室小电晕笼,利用实验室研发的电晕损失测量系统,测量了不同水滴等级(水膜、一滴水、中等水滴、饱和水滴)下导线的电晕损失,获得了表面水滴对导线电晕起始特性的影响规律。同时,笔者针对自然界中雨水电导率的差异,研究了不同的水滴电导率对电晕放电特性的影响。结果表明:水滴的存在严重影响了导线在交流电压下的电晕损失特性,相同电压作用下,表面附着水滴的导线电晕损失比干净导线电晕损失大得多,且随着水滴等级的提高而增加;在30~680μS/cm电导率范围内,水滴电导率对交流导线电晕放电影响不明显;导线的起晕电压随导线表面水滴等级的提高依次下降,最低可降到原来的34.02%左右。     

附着水滴对高压输电导线电晕放电的影响

为了分析导线附着水滴后对起晕电压和表面电场强度的影响,借助自行设计的户内电晕笼,用人工滴水方式使导线附着水滴,然后用脉冲电流法判断导线的起晕电压,利用有限元法计算附着水滴的导线表面电场强度。实验得出:导线表面附着水滴后,起晕电压明显降低,水滴越大,起晕电压越低。计算结果表明:附着水滴越大,导线附着水滴处的最大电场强度也随之增大;计算的电场强度结果与依据皮克经验公式所得到的导线起晕电场强度相近。计算结果和实测结果具有一致性,说明附着水滴的体积大小是影响导线起晕电压的因素之一。     

表面水滴对特高压直流输电线路电晕特性的影响

雨、雾天气情况下导线表面形成的水滴会导致导线周围电场分布发生严重畸变,从而改变导线的电晕特性。我国第1条特高压直流输电工程——云广线处于多雨地区,导线电晕特性需考虑水滴因素的影响。为研究导线表面水滴对特高压输电线路电晕特性的影响程度,划分了导线表面水滴的等级,建立了导线电晕特性测试系统,测量了不同水滴等级下,电晕笼中导线的起晕电压、可听噪声水平等特征量,获得了导线表面水滴对导线电晕特性的影响规律,并据此对我国特高压直流输电线路的工程设计提出了建议。研究结果表明:导线的起晕电压随导线表面水滴等级的提高迅速下降,最低可降到原来的一半左右;起晕后,导线发生剧烈的舞动,导线表面的水滴在电场的作用下会被"蒸发"或甩掉;水滴会使导线起晕时的可听噪声值降低;在相同的电压作用下,导线的可听噪声水平随导线表面水滴等级的增加而提高。     

涂覆导线表面的淋雨电晕特性

国内外虽然对输电线路的电晕特性进行了大量研究,但缺少对导线在结构固定情况下改善表面淋雨电晕特性的研究。为此,基于憎水性涂料可减少水滴在其涂层表面聚集从而减少导线覆冰的特性,在小型电晕笼里对涂敷不同憎水性涂料的导线进行了人工模拟淋雨电晕试验,并通过紫外成像仪进行了检测。试验结果表明:电力设备外绝缘用持久性就地成型防污闪复合(PRTV)涂料和超疏水涂料能够减少水滴在导线表面的附着;PRTV涂料可以降低水滴的首次破裂电压并提高水滴的首次喷射微滴电压;通过对比淋雨条件下无涂料导线和涂敷憎水性涂料导线的起晕电压可知,PRTV涂料和超疏水涂料均能够改善导线的电晕放电特性。因此,涂覆憎水性涂料的导线不仅具有常规的减少覆冰的效果,而且具有很好的降低电晕损耗的作用。     

水滴或污秽对导线电晕放电起始特性的影响

导线电晕放电会引起能量损失、无线电干扰、可听噪声等危害。为了研究输电线路导线在淋雨或积污情况下的电晕放电特性,借助紫外线成像仪等设备,在电晕笼内进行了导线表面有水滴或污秽时的电晕放电起始特性的研究,主要包括水滴的数量及不同的污秽度对导线电晕放电起始特性的影响。结果表明:导线表面有一滴水或两滴水时,电晕起始放电要依次经历由"水滴的不稳定性"所引起的不稳定电晕、水滴周围气体的电离所致的稳定电晕放电、导线全面电晕放电3个阶段;导线表面水滴的稳定起晕电压随导线表面水滴的增多而减小;导线表面布满水滴或均匀涂刷污秽时起晕过程较为平缓,难以判断起晕的各个阶段;导线的电晕放电起始特性与导线表面污秽的盐密和灰密没有明显的关系。     

空间介质颗粒对交流导线电晕特性影响规律

为了研究空间介质颗粒对导线交流电晕特性的影响,基于小电晕笼,应用Fi Lin?6紫外成像仪记录存在介质颗粒时模拟导线交流电晕放电发生、发展的过程,实验结果表明:空间介质颗粒会对导线交流电晕发生、发展过程产生影响,球径越大、距离导线越近则导线的起晕电压越低;存在多球时,由于颗粒间的相互影响,导线的起晕电压和放电过程会受到影响,其中垂直排列的颗粒之间对放电发展过程和起晕电压影响相对较大。将偏心偶极子模型应用到存在介质颗粒时电场计算中,结合模拟电荷法对导线周围存在颗粒时空间电场分布进行分析,仿真结果表明:导线表面的最大场强以及导线和颗粒间场强的均值随着颗粒尺寸的增大、颗粒导线距离的降低和颗粒相对介电常数的增大而增大;空间存在多个颗粒时,由于球间的相互影响使导线表面场强进一步增大,其中球间连线和电场方向一致时的影响更大。     

雾凇覆冰对铝管起晕电压的影响

雾凇属于干增长覆冰,会在导线表面产生凹凸不平的冰树枝,因此会畸变导线表面的电场分布。为探求雾凇覆冰导线起晕电压值变化规律,利用低温低气压人工气候实验室对雾凇覆冰的光滑铝管进行了交流电晕的试验。试验中,利用紫外成像仪对覆冰导线的放电光子数进行测量,并基于光子数变化获得起晕电压值。同时,利用有限元法仿真计算覆冰导线的最大场强以验证试验的正确性。结果表明:雾凇对导线起晕电压的影响主要是由于冰树枝尖端对电场的畸变作用,从而降低导线的起晕电压值;覆冰后的导线起晕电压值会随着雾凇覆冰厚度的增加而上升,但上升会变慢;冰水电导率不同对雾凇形貌和覆冰导线的起晕电压值没有影响;根据起晕电压修正公式,可快速计算出雾凇覆冰后的导线起晕电压值。所获结论可供覆冰导线起晕电压的进一步研究参考。     

混合凇对分裂导线起晕电压影响

我国冬季混合凇冰灾频繁并严重影响输电线路安全运行;覆冰后的导线表面电场发生严重畸变,进而影响导线起晕电压;目前国内外针对导线电晕起始特性进行了大量研究,但大多采用缩比模型来研究实际分裂导线,且尚未深入分析混合凇对导线起晕电压的影响规律;故本文在低温低气压试验室内完成了对同直径的单、双和三分裂导线混合凇覆冰后的交流电晕试验,利用紫外成像仪及曲线拟合法对导线覆冰后的电晕特性进行测量分析,并建立有限元模型进行电场分析以弥补混合凇电晕研究的空缺。结果表明:混合凇会降低导线电晕起始电压至未覆冰时的60%以下;随着覆冰程度的增加,导线起晕电压继续跌落,但跌落速度减慢;相同覆冰时间内,分裂数越多的导线起晕电压越高,混合凇对导线表面的场强畸变越小;不同覆冰水电导率对混合凇覆冰形态及导线起晕电压没有明显的影响。本文所得结论可为混合凇地区的输电线路设计及导线起晕电压计算提供理论依据。     

淋雨条件下憎水性涂料对导电电晕特性的影响

降雨天气会严重影响导线的电晕特性。借助光学接触角测量仪、紫外成像仪等设备,在电晕笼内进行了淋雨条件下导线表面涂覆不同憎水性材料时电晕特性的研究。试验表明,涂覆憎水性涂料导线表面附着少量水滴时,随着电压的升高先后经历无电晕、瞬时水滴电晕、稳定水滴电晕和导线电晕四个阶段。导线表面布满水滴时经过局部电晕放电、全面电晕放电阶段。同时与涂敷不同憎水性涂料导线对比发现,超疏水涂料能够明显的提高导线的起晕电压,PRTV涂料也能在一定程度上提高导线的起晕电压。     

雾水电导率对输电线路交流电晕特性的影响

导线电晕放电会产生能量损失、无线电干扰、可听噪声等效应,但目前关于雾的电导率对导线电晕特性的影响研究还较少。为此,采用超声波雾发生装置,产生不同电导率的雾水,在自制电晕笼中试验研究了雾水电导率对输电线路导线交流电晕特性的影响。研究结果表明:雾水电导率对交流输电线路导线电晕的产生存在显著影响;雾水电导率越高,导线周围空气就越容易发生电离;附着在导线表面的雾颗粒形成小的放电尖端,使导线表面电场发生畸变,雾水电导率越高,畸变就越严重,使导线起晕电压越低。因此输电线路电晕限制条件应考虑雾水电导率的影响。     

混合凇覆冰对导线起晕电压的影响研究

混合凇覆冰会在导线表面生长雾凇及雨凇混合体,使导线表面电场出现畸变并影响电晕起始特性;目前国内外已针对导线覆冰进行了大量研究,但大多采用铝管来模拟实际导线,且尚未深入分析混合凇对起晕电压的影响。在低温低气压实验室内完成4种钢芯铝绞线的混合凇覆冰及其交流电晕试验,利用紫外成像仪及曲线拟合法对起晕光子数进行测量分析,并建立有限元模型计算冰面场强。结果表明:混合凇会导致绞线起晕电压出现跌落;覆冰程度的增加会使得导线起晕电压持续下降但速度逐渐减慢并趋于饱和;相同覆冰时间内,较粗导线起晕电压相较细导线会更高;不同覆冰水电导率对混合凇形态及导线起晕电压没有明显的影响。     

雨凇对导线起晕电压影响规律的研究

雨凇对输电线路的安全威胁极大,形成的冰柱会使得导线表面电场发生畸变进而影响电晕起始特性,国内外针对导线电晕特性进行了大量研究,但大多采用铝管来模拟实导线,且尚未深入分析覆冰对导线起晕电压的影响规律。利用人工气候试验室完成对 LGJ-185/25钢芯铝绞线雨凇覆冰后的交流电晕试验,采用紫外成像仪及曲线拟合法对导线起晕电压进行测量并分析,并根据雨凇冰柱形态建立有限元模型进行最大场强计算。结果表明：雨凇会导致绞线起晕电压值的降低;覆冰程度的增加会使得绞线起晕电压持续下降但逐渐趋于饱和;雨凇形态不随电导率的不同而发生改变,但盐浓度的增加会使得绞线起晕电压继续下降。所得结论可为雨凇频发区的输电线路设计及选型提供依据。     

雨凇对导线起晕电压影响规律的研究

雨凇对输电线路的安全威胁极大,形成的冰柱会使得导线表面电场发生畸变进而影响电晕起始特性,国内外针对导线电晕特性进行了大量研究,但大多采用铝管来模拟实导线,且尚未深入分析覆冰对导线起晕电压的影响规律。利用人工气候试验室完成对LGJ-185/25钢芯铝绞线雨凇覆冰后的交流电晕试验,采用紫外成像仪及曲线拟合法对导线起晕电压进行测量并分析,并根据雨凇冰柱形态建立有限元模型进行最大场强计算。结果表明:雨凇会导致绞线起晕电压值的降低;覆冰程度的增加会使得绞线起晕电压持续下降但逐渐趋于饱和;雨凇形态不随电导率的不同而发生改变,但盐浓度的增加会使得绞线起晕电压继续下降。所得结论可为雨凇频发区的输电线路设计及选型提供依据。     

表面涂层在输电线路导线防晕处理中的应用

超/特高压输电线路导线在运输、施工过程中可能会发生碰撞导致导线刮伤或者导线本身就存在缺陷如突出金属物等,形成局部电晕放电源。为此针对人工磨损导线采用喷涂涂层的方式展开电场仿真研究;基于小电晕笼对LGJ400-50导线电晕特性进行试验研究,采用人工划痕和涂污两种方式模拟导线可能存在的缺陷,应用紫外成像仪观察磨损导线喷涂涂料前后电晕放电过程的变化。绞线电场仿真结果表明:划痕和凸起两种典型的导线表面缺陷时会严重畸变导线周围电场,使表面最大场强分别达到原来的1.29和2.19倍,而采用喷涂涂层的方法可以有效的降低绞线表面最大电场强度达51%和62.4%。试验结果表明:涂覆RTV涂料后起晕电压升高约21.9%和39.2%,相同的电压下导线电晕放电强度明显减弱,涂层在导线防晕处理中起到了较好的效果。     

采用空间电荷分析的导线交流起晕电压测量

导线电晕现象是导线表面电场强度高于周围介质电气强度所产生的电气现象,与导线的空间结构、电压、大气环境等因素有关。导线起晕电压的准确测量可以优化导线及其电场结构,提高其电气强度,减小电晕损耗及干扰。基于分析电晕产生空间电荷的过程及其对电场的畸变作用,提出导线附近空间电荷的检测方法。通过导线与感应电极间杂散电容与取样电容分压的方式,分析交流电压下电晕空间电荷影响感应电压波形的规律。采用特征量提取法分析计算导线起晕电压。搭建导线交流电晕放电模拟实验平台,验证了特征量提取测量起晕电压方法的有效性。     

绞线带电雨凇覆冰后的起晕电压下降趋势研究

雨凇会在导线表面生产出较长且尖锐的冰柱,从而影响导线的电晕起始特性;国内外研究机构已针对输电线路覆冰以及覆冰对导线电气特性的影响等问题做了大量且深入的研究,但大多忽略了运行导线发生带电覆冰的事实,且未针对带电覆冰后的起晕电压下降等问题进行深入研究;为研究不同电场带电覆冰形态对起晕电压的影响规律,在人工气候室针对四种绞线进行带电雨凇覆冰后的工频电晕试验,利用紫外光子数和拟合法测量了不同覆冰形态所对应的起晕电压值,并建立有限元电场分布模型以验证试验的正确性。结果表明:覆冰后的导线表面起晕电压会严重下降;不同场强覆冰后的起晕电压也不同;覆冰时间的增加会使起晕电压持续下降,但速度变慢且饱和;直径越粗的导线覆冰后的起晕电压越高;电导率不会改变雨凇覆冰形态,但较高的盐浓度会降低起晕电压值;雨凇冰棱越尖细则对电场的畸变作用越大,相应的起晕电压值也会越低。所得结论可为冰区的架空线路电晕放电特性研究提供一定的参考。     

带电雨凇覆冰铝管起晕电压下降趋势研究

雨凇覆冰后的铝管表面会生长尖锐的冰柱从而影响导线电晕起始特性;目前国内外针对导线覆冰做了大量研究,但往往忽略运行导线带电覆冰的事实,且尚未深入研究带电覆冰后的导线起晕电压跌落规律。因此,在低温低气压试验室进行了铝管带电雨凇覆冰后的交流电晕试验,利用紫外成像技术及曲线拟合法测量分析了不同雨凇形态下对应的起晕电压值,并根据不同雨凇冰柱形态建立有限元模型分析铝管电场的畸变规律。结果表明：雨凇覆冰会严重降低导线起晕电压;不同电场雨凇覆冰后的铝管起晕电压也不同;覆冰时间的增加会导致起晕电压出现连续降低,但降低速度逐渐减慢;较高的覆冰水电导率不会改变雨凇覆冰形态,但会导致起晕电压逐渐降低;雨凇冰柱越长越尖则引起越严重的电场畸变,起晕电压也越低。所得结论可为雨凇频发地区输电线路的设计提供理论依据。     

污秽物对交流输电导线起晕特性影响的试验研究

为研究污秽物对交流导线起晕电压的影响规律,基于小电晕笼进行单根导线在人工涂污状态下起始电晕特性的试验研究。采用光滑钢管模拟单根导线,分析颗粒度均<0.15mm的碳颗粒、沙颗粒和高岭土这3种典型的模拟污秽物等效表面粗糙系数对导线起晕电压的影响。首先利用3电极平板电容器,得到试验所用干燥沙颗粒和高岭土的相对介电常数分别为4.3和3.5。电晕特性试验的结果表明:相比较干净状态下,导线涂有相同颗粒大小的沙颗粒、高岭土和碳颗粒时,其起晕电压分别降低了21.76%、10.3%和52.71%。分析认为,污秽物的存在畸变了交流导线表面电场,使得导线起晕电压降低;沙颗粒的相对介电常数比高岭土的大,因此导致导线起晕电压降低较多;导电良好的碳颗粒的存在使导线表面电场畸变得最严重,降低起晕电压也最多。高岭土,沙颗粒和碳颗粒的存在使导线等效粗糙系数分别降低到0.9,0.78和0.48。     

超/特高压交流输电线路电晕损失的数值仿真研究

电晕决定输电线路的电磁环境特性。采用模拟电荷法计算交流输电线路的电晕损失,交流导线用多根线电荷表示,导线表面场强超过起晕场强时令一定量电荷由导线表面发射到空间中。将交流周期分为若干时段,在每一时刻都考虑了导线表面电荷发射、空间电荷运动、空间电荷复合等效应,重复计算若干周期直至离子流场稳定。在已有方法的基础上改进了起晕条件和电荷发射的计算方法,考虑了导线表面电场不均匀性对电晕放电的影响,从而可以对多相多分裂导线离子流场进行仿真计算,进而计算得到线路电晕损失。对三相8分裂特高压交流线路电晕损失计算结果与试验结果有较好的一致性。     

运动水滴在球──球直流电场中的放电研究

研究了运动水滴在球－球直流电场中的放电现象,对于含有水滴的电场分布进行了计算,水滴的引入使得水滴外表面的场强跃变为无水时场强的３倍左右,从而水滴在电场中会在较低的电压下诱发电晕,比较了正负极性电压下起晕现象。为水处理技术中的混合两相体放电问题提供了依据。