直流电晕笼中离子流场的计算

直流电晕笼是研究直流特高压输电电磁环境问题的重要试验设备,为了更好地分析直流电晕笼,从而更好地为直流特高压输电建设服务、有必要对直流电晕笼中的空间电荷、合成电场以及离子流等参量进行计算仿真.因此以Kaptzov假设为基础,将模拟电荷法与迎风差分有限元法相结合,对直流离子流场进行了仿真,通过与现有文献中的电晕笼实验数据的比对,验证了仿真算法的有效性,并由此给出了典型单、双极直流电晕笼中的离子流场计算结果.仿真结果表明,单、双极直流电晕笼中的空间电荷分布存在较大差别,单、双极电晕笼试验的等效性有待进一步探讨.该算法求解速度快、稳定性好、计算精度较高,对于分析直流电晕笼试验具有一定的参考价值.     

电晕笼中分裂导线交流电晕损失计算分析

电晕损失是导线电晕特性研究的重要内容之一,但针对交流导线电晕损失的计算模型的研究较少,为此在建立电晕笼内导线电晕损失计算模型中应用了模拟电荷法,采用线电荷模拟交流导线,对正方型截面笼壁分别作镜像处理;计算导线表面电场强度不均匀性对电晕放电的影响时考虑了空间电荷的因素;导线模拟电荷量超过起晕电荷量条件下分别计算导线上每个...     

电晕笼中直流导线起晕电压的测量方法

电晕起始电压是反映导线电晕特性的重要参数。针对现有的电晕起始电压测量方法不能区分导线局部起晕电压和全面起晕电压的不足,在实验室使用的小电晕笼中测量了不同类型和表面状态的直流导线的起晕电压。通过分析导线电晕发展过程,提出使用电流系数曲线测量直流导线起晕电压的方法。与已有的测量方法进行对比的结果表明,结合使用电晕脉冲法和电流系数法测量电晕笼中直流导线的局部起晕电压和全面起晕电压是可取的。     

海拔高度对直流输电线路电晕电流地面离子流密度及地面场强影响的研究

为给高海拔地区直流输电线路的设计及运行提供关于大气条件影响的参数,本文采用直流输电线路的比例模型,在不同海拔高度实测其起晕龟压V_0、电晕电流I、导线正下方地面离子流密度J及地面场强E.结合理论分析,得出空气密度对上述诸量的影响规律。     

电晕笼交流单根导线电晕损失的计算分析

电晕损失是导线电晕特性研究的重要内容之一。为了建立电晕笼内导线电晕损失的计算模型,将模拟电荷法应用于电晕笼内导线电晕损失计算。采用线电荷模拟交流导线,对正方型截面笼壁分别作镜像处理。当导线模拟电荷量超过起晕电荷量时,分别计算导线上每个模拟电荷点向空间发射的电荷量。考虑空间电荷的影响,计算电晕笼空间的合成电场。仿真模拟电荷发射、迁移、复合过程,计算电晕笼中空间电荷运动,计算迁移过程中电荷运动产生的能量损失。进行电晕笼单根光滑导线、单根钢芯铝绞线LGJ—300/40、单根钢芯铝绞线LGJ—400/35电晕损失测量试验。仿真结果与试验结果对比,结果基本一致。因此采用模拟电荷法能够较好地建立电晕笼内单根导线电晕损失的计算模型。     

在小电晕笼中分裂导线交流电晕的起始电压分析

电晕起始电压是研究导线电晕特性的重要参量,对于指导超、特高压输电线路的设计具有重要意义。为此,利用电晕笼进行电晕起始电压的研究,电晕笼尺寸为1.8 m×1.8 m,测量段部分长3 m,两侧防护段各有0.5 m长。实验时,将导线同轴放置在电晕笼的中心位置,利用电晕笼电晕损失测量系统测量不同电压下导线的电晕电流和电晕损失,根据电压-电晕损失曲线,利用切线法估算导线的电晕起始电压值,并研究在导线表面干净和污秽条件下不同导线的电晕起始电压值,获得了LGJ-300/40、LGJ-400/35和LGJ-630/45导线在干净和污秽条件下的起晕特性。研究结果表明,干净条件下,起晕电压随导线半径增加而下降,污秽条件下导线起晕电压变化规律类似。此外,随污秽尺寸增大,对导线表面场强的畸变作用增强,这也会降低导线起晕电压。     

±500 kV直流线路极导线垂直排列的合成场强

通过缩小尺寸的杆塔和导线的模拟试验研究了设计中的三沪直流输电线路极导线垂直排列的电场问题。测量和对比分析不同极导线高度和排列时的合成场强及其分布,结合直流线路标称场强的计算,认为导线电晕现象越严重,产生的离子越多,直流合成场强比标称场强就越大。研究表明,极导线水平排列比垂直排列的线下合成场强要高,高场强区宽,而且三沪直流线路极导线采用垂直排列且上负下正时合成场强较低。     

电晕放电初始电流的宽频测量方法

为得到试验导线电晕放电产生的初始电流特性,提出了一种新的电晕笼实验方案和电晕放电初始电流的宽频测量方法。在新实验方案中,电晕笼笼体对地绝缘并施加试验电压,电晕笼试验导线两端分别经阻抗过渡导线、同轴电缆、并在同轴电缆末端端接匹配阻抗接地,有效解决了传统电晕笼试验导线的宽频阻抗匹配,实现了对电晕放电初始电流的宽频测量。而且,由于新方案中测量在地电位进行,比传统方法具有更高的安全性和可操作性。在单点电晕放电实验平台上利用新方法获得了电晕放电的初始电流脉冲波形,并通过实验和仿真方法,研究了同轴电缆末端连接不同端接阻抗对电晕电流波形的影响,仿真结果和测量结果吻合,检验了该方法的有效性和准确性。此外,还进行了新方法和传统方法的对比实验,研究了试验导线高电位与低电位两种方式下的电晕放电初始电流的等效性,研究表明,试验导线在两种带电方式下电晕放电时的初始电流脉冲波形的各项特征指标具有一致的统计值和概率密度分布,进一步为该方法的有效性提供了依据。     

空气温度对电晕笼中导线直流电晕特性的影响

为研究空气温度对导线直流电晕特性的影响,建立了导线直流电晕特性测试系统,定义了导线的起晕电压,在人工气候室内,测量了不同空气温度下电晕笼中导线的起晕电压、电晕电流、可听噪声水平等特征量,获得了空气温度对导线电晕特性的影响规律。试验结果表明:导线的起晕电压随空气温度的升高大致呈线性下降趋势;导线电晕电流在起晕后随空气温度的升高大致呈线性上升趋势;负极性导线电晕可听噪声水平随空气温度的升高而上升,且电压越高上升幅度越大;由于赫姆斯坦辉光过程的存在,正极性导线电晕可听噪声水平的空气温度修正系数在不同的电压时有不同的表现,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。     

导线污秽对高压直流输电线路电晕特性的影响

高压直流架空线路导线表面附着的污秽物质会影响线路的电晕特性,而目前我国采用的线路电晕对环境影响的经验公式只考虑了导线表面场强和线路结构,为此利用1.6 m×1.6 m小电晕笼进行直流线路导线涂污实验,导线外径2.4 cm,使用3种成分的状态的干燥涂污。实验结果表明,在±500 kV高压直流线路表面场强附近,污秽物质使得离子电流和正极性导线可听噪声显著增加。导线电晕特性与污秽物质的成分密切相关,且有明显的极性效应。结合电晕图像和电晕脉冲测量数据,解释了涂污导线电晕特性变化的原因,并对下一阶段的研究工作予以展望。     

特高压电晕笼防护段的设计

为了克服特高压电晕笼设计中电晕笼两端部的电场畸变,确保电晕特性测试准确有效,需要增设一定长度的防护段。采用三维有限元方法精细计算了电晕笼内导线表面电场分布,分析了导线弧垂对防护段长度的影响并提出了新颖的电晕笼防护段设计方法。计算说明新型结构的防护段能有效平滑和抑制电晕笼端部附近导线表面电场的畸变,使电晕笼内导线表面电场更趋于一致,提高了电晕特性试验的准确性。     

特高压直流输电线下的直流离子流电场

针对特高压直流输电导线发生电晕的情况,采取测量试验来探究直流导线产生电晕以后导线下方的离子流对地面电场的影响。通过试验,得出直流导线产生电晕以后导线下方的合成场强、标称场强、空间电荷场强分别与导线电位成线性关系,正、负极导线放电电晕情况有差异以及标称场强在合成场强中的比重随高度变化而改变等。     

电晕笼设计与应用相关问题的探讨

国内特高压电网建设已正式启动,特高压输电线路的电晕问题亟待研究,电晕笼是研究特高压交直流输电线路导线电晕的一种经济有效的手段,为此介绍了电晕笼的原理、结构、国内外已建电晕笼的参数及依托电晕笼开展的超特高压电晕特性的研究,并结合现有实验室用电晕笼装置,从电场分布、离子电荷运动、无线电干扰电流校正等方面探讨了电晕笼的结构、长度、边长(直径)等参数的设计原则,给出了电晕笼中交直流电晕电流、无线电干扰、可听噪声、电晕损耗、直流离子电流密度等效应的测量方法。最后基于世界各国电晕笼特点的总结,就国内试验基地大电晕笼的电压等级、结构和参数的合理选择提出了若干建议。     

高海拔地区特高压直流试验线段下的地面合成电场强度特性

为获得高海拔地区特高压直流输电线路的电磁环境特性,为线路设计提供可靠参考,基于海拔2 100m的昆明特高压国家工程实验室的特高压直流试验线段,开展了地面合成电场强度ES的长期统计测试。通过线下多点同步测量,获得了不同工况下ES的横向分布。基于标准工况下的长期统计测试结果,获得了ES的累积概率分布。通过改变导线最小对地高度、极间距、分裂间距等线路参数,获得了其对ES分布的影响规律;并分析了电压和极性对ES幅值及横向分布的影响规律。测试结果表明:1)额定工况下,ES横向分布的极值出现在加压极导线对地投影附近,且负向极值比正向极值大。单极电压下的极值位置比双极电压下更靠近相应加压极导线。2)额定工况下,春季ES正向极值的50%统计值为19.10kV/m,负向为-25.00kV/m;秋季则分别为23.10kV/m和-21.50kV/m。3)随着导线最小对地高度、极间距及分裂半径的增大,ES减小;分裂半径在0.35～0.50m范围内变化对ES的影响不明显。4)ES幅值随着导线电压单调增大,单极电压下ES的增长率和双极电压下基本一致。     

特高压输电线分裂导线表面电场及起晕分析

输电导线起晕的重要判别条件是导线表面电场强度是否达到临界值。为研究分裂导线表面电晕分布情况,根据单相八分裂导线起晕电压试验值,先运用模拟电荷法计算了1 000 kV特高压八分裂子导线表面每个匹配点的电场强度值,然后与用经验公式计算出的临界场强对比,找出子导线表面的电晕分布区域,并计算出了该域内的起晕点个数、起晕角度、占导线表面比等数据以及子导线半径、导线高度对起晕分布的影响。分析计算表明:每根子导线在表面有限范围内起晕,且占整个导线表面积的30%～40%;对地高度越高子导线表面起晕范围越大,子导线半径对起晕范围也有一定影响。通过研究工作,期望对分析导线的电晕损耗等问题提供有力的帮助。     

基于脉冲电流法判断输电线电晕放电研究

对输电线电晕放电的起晕电压、电晕脉冲电流、起晕场强进行了研究。采用基于脉冲电流法判断电晕笼内单根输电线起晕电压。通过局部放电检测回路中的检测阻抗,获取电晕脉冲电流波形。当脉冲电流持续出现时,此时导线所加电压,即为电晕起始电压。根据实验得到的起始电晕电压,借助有限元法计算笼内导线表面及其附近场强,结果与通过皮克经验公式得到的较为接近,验证了脉冲电流法判断输电线路起晕电压的合理性。     

交直流同塔三回输电线路地面电场的预测分析

基于有限元和有限体积法的混合方法,合理地考虑了直流电晕放电和交流电晕放电之间的相互影响,解决了交直流同塔输电线路地面电场的分布计算问题。通过小尺寸模型的实验了验证计算方法的有效性。针对一回800kV直流输电线路和两回500 kV交流输电线路同塔架设的实际情况,计算了不同运行方式下的地面电场的直流分量、交流分量和离子流密度的分布情况。计算结果表明,由于交流输电线路的电晕放电,地面电场直流分量和离子流密度会有所降低。同时,地面交、直流电场均随线路高度的升高而降低,但是工频电场的变化程度比直流电场要大。