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。     

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。     

电晕笼单根导线电晕损失等效修正系数试验研究

为研究电晕笼与输电线路导线电晕损失的等效性问题,对不同布置结构的导线电晕损失进行试验研究。通过电晕笼与试验线段两种试验结构布置,分别对不锈钢管模拟的光滑导线,直径22．28mm,以及LGJ-300／50导线,直径24．26mm,进行电晕损失测量试验。采用考虑电容因素的修正公式计算等效系数,对试验结果进行等效验证。获得了...     

特高压电晕笼直流分裂导线正极性电晕起始特性分析

为了研究特高压电晕笼分裂导线正极性电晕起始特性,应用模拟电荷法计算绞线的表面电场,采用一次镜像,最外层的每一股铝线用8个模拟电荷代替,依据极不均匀电场下电晕自持判据以及光电子二次发射过程,计算特高压电晕笼绞线的起始电压。应用特高压电晕笼进行了单根钢芯铝绞线(LGJ)900-75导线,6*LGJ900-75(分裂间距450),8*LGJ400-35(分裂间距400)导线干燥和降雨率分别为2.4mm/h,20mm/h,30mm/h条件下的电晕损失试验研究。通过切线法得到了三种形式导线干燥情况下的起晕电压,计算和试验起晕电压的对比分析说明计算模型可以应用于计算特高压电晕笼直流导线正极性的起晕电压,在此基础上进一步的分析计算表明:特高压电晕笼导线正极性电晕起始电压随着分裂数的增加而增加,随着分裂间距的增加而降低,随着子导线半径的增大而增大;淋雨条件下的表面粗糙度,随着降雨率的增加而降低,同时呈现出饱和的趋势。     

特高压电晕笼的多分裂导线电晕损失测量系统

为准确、连续地测量特高压分裂导线电晕损失,对传统的电桥法进行改进并根据特高压电晕笼机械与电气特性,结合光纤传输技术,采用混合型光供电电子式电流互感器测量特高压电晕笼中分裂导线电流;采用电容分压器测量特高压电晕笼导线试验电压。基于虚拟仪器技术,采用瞬时功率法研制了一套光纤数字化特高压电晕笼电晕损失测量系统,经校验该系统满足0.2级准确度要求,能够较为准确测量电晕笼导线电晕损失。对晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程用8×LGJ-500/35导线开展起始电晕特性和电晕损失特性试验研究结果表明,在干燥条件下分裂导线起晕场强为27.64 kV/cm(峰值),正常运行电压下不会出现全线起晕的情况;20 mm/h大雨条件下分别对应特高压交流单回试验线段边相和中相导线表面场强,电晕笼导线电晕损失为50.83 W/m和59.73 W/m;可以应用该系统进一步研究我国特高压交流输电线路电晕损失规律。     

特高压交流同塔双回试验线段雨天电晕损失研究

为了获得特高压交流同塔双回输电线路雨天电晕损失评估的关键数据,采用特高压交流同塔双回试验线段、特高压电晕笼两种试验手段,应用光纤数字化测量方法监测雨天气象条件下特高压交流同塔双回试验线段电晕损失,测量特高压电晕笼人工淋雨降雨率为12、16、20 mm/h条件下8×LGJ-630分裂导线电晕损失。并采用有效电晕损失等效计算方法,对电晕笼与试验线段试验结果进行等效计算分析。电晕笼与试验线段电晕损失基本等效,其误差在±6.5%范围内。研究结果验证了电晕笼分裂导线电晕损失试验结果与特高压交流同塔双回试验线段雨天监测结果的一致性,同时证明了有效电晕损失等效计算方法可以较为准确地将淋雨条件下电晕笼分裂导线电晕损失等效换算成特高压交流线路,研究成果可为特高压交流同塔双回输电线路电晕损失评估提供参考。     

基于小电晕笼的高海拔电晕损失测量系统的研究

为了研究不同海拔高度下导线起晕电压特性,应用小电晕笼,结合光纤传输技术,基于虚拟仪器技术,研制出一套光纤数字化高海拔电晕损失测量系统。在试验过程中,通过逐渐升高电压使试验导线起晕,应用该系统对其电晕损失进行测量。可以通过在不同的海拔点测量几种导线的电晕损失,作为不同海拔高度导线起晕电压的判断依据,进行导线起晕电压海拔修正方面的研究。试验结果表明,研制的小电晕笼电晕损失测量系统是准确可行的,同时由于中国交流特高压建设途经高海拔地区的特点,也可以考虑应用该系统进一步研究不同气压、温度、湿度等因素对导线电晕损失值的影响,为中国交流特高压输电线路电晕损失规律的进一步研究打下基础。     

特高压交流输电线路电晕影响下地面电场的计算分析

为研究特高压交流输电线路地面电场的分布特性以及电晕放电对地面电场的影响,通过改进基于模拟电荷法计算工频电场的方法,建立一种考虑电晕效应的导线电场计算模型,并通过算例分析验证了该模型的合理性。利用此模型对1 000 kV特高压交流输电线路电晕影响下的地面电场进行数值仿真计算。结果表明:电晕放电对地面合成电场有加强作用,且中相线路正下方的地面电场受电晕放电的影响最大。     

高海拔下特高压交流同塔双回输电线路导线电晕损失研究

针对目前我国特高压交流同塔双回输电常用的8×LGJ-630/45导线,基于在西宁市平安县(2 200 m)搭建的特高压电晕笼,系统的研究了8×LGJ-630/45导线在干燥、中雨(6 mm/h)、大雨(12 mm/h)及湿导线的条件下的电晕损失,首次获得了实际高海拔点8×LGJ-630/45导线的电晕笼电晕数据。并以1 000 kV特高压交流同塔双回输电工程典型塔型为例,通过有限元计算软件仿真计算电晕笼内导线和实际线路导线表面电场强度,采用电晕损失等效法,计算了在高海拔地区导线的电晕损失,获得了同塔双回输电线路的电晕损失数据。为我国将来在高海拔地区建设特高压交流输电线路导线选型提供了参考依据。     

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。     

表面污秽对交流导线电晕损失特性的影响规律

为研究长期运行交流输电导线表面附着的污秽物对导线电晕特性的影响,采用尺寸为1.8m×1.8m×4m的电晕笼,对钢管表面分别涂有不同质量颗粒度的高岭土、碳颗粒、沙颗粒的电晕损失进行了测量。试验结果表明:污秽物的相对介电常数、颗粒度、沉积量是影响交流导线电晕损失的重要影响因素;污秽导线的电晕损失随着相对介电常数的增加而显著增加,随着同种污秽颗粒的颗粒度变大而随之增大,但增大趋势没有相对介电常数的影响明显;随着污秽物沉积量的增加而增加。采用Ansys软件对模拟导线表面电场进行了仿真,结果表明:污秽颗粒顶部最大电场强度随相对介电常数的增加而增加,随球形污秽颗粒度的增加而减小,随着锥形污秽颗粒度的增加而增加。     

邻近交流线路时直流输电线路电晕损失的计算与分析

为了对与交流线路邻近的直流输电线路的电晕损失进行预测,提出了一种计算交直流混合输电线路走廊中直流输电线路电晕损失的数值计算方法。该方法采用有限元和有限体积法计算交直流输电线路产生的混合离子流场,通过在每一时间步上进行迭代求解导线表面的电荷密度,使其满足Kaptzov条件,进而获得导线电晕电流,实现电晕损失的计算。该方法采用隐式时间差分,可采用较大的时间步长,提高了计算速度。通过与多种结构交直流邻近线路模型的测量结果的对比,验证了算法的有效性。利用实验和仿真分析,获得了电晕损失随邻近距离、交流电压值的变化规律。最后,基于所提出的方法对与1 000 kV交流线路邻近的±800 kV直流线路的电晕损失进行了分析计算,得到了不同接近距离时的直流电晕损失值。     

不同海拔下电晕笼分裂导线起晕电压的计算分析

为了研究海拔高度对电晕笼分裂导线起始电晕电压特性的影响,建立电晕笼钢芯铝绞线起始电晕电压的计算模型,并开展相应试验研究。采用模拟电荷法计算钢芯铝绞线的空间电场强度。依据极不均匀电场下自持放电判据,建立不同海拔高度电晕笼分裂导线电晕起始电压的计算模型。在超/特高压人工环境气候试验室内,以500 m海拔高度为间隔,系统开展19~4-000-m海拔高度范围内六分裂导线起始电晕电压的试验研究。试验获得超高压电晕笼不同海拔高度下6-LGJ—400/50、6-LGJ—500/45分裂导线的起晕电压。计算获得不同海拔高度、分裂间距、导线分裂数及绞线表面粗糙系数下的导线起晕电压曲线族,以及不同绞线半径及最外层铝绞线股数的表面粗糙系数计算结果。分析结果表明:计算模型能够较好地计算电晕笼内绞线的起晕电压;在350~500-mm分裂间距范围内,分裂导线起晕电压随着分裂间距的增大而降低,随着导线分裂数的增加而升高;绞线表面粗糙系数与绞线最外层铝线半径与绞线半径之比相关。     

特高压交流输电线路电晕放电对工频电场的影响

目前,中国投入运行的交流输电线路中电压等级最高的已达到1 000 kV,为了精确计算超/特高压输电线路的工频电场,笔者基于模拟电荷法,建立了考虑电晕放电的计算模型。模型中需要计算导线周围离子流场中正负电荷的运动、复合及最终在宏观上达到稳态的过程。空间中任意一点的工频电场由导线内的束缚电荷和空间中的电离电荷共同决定。其创新点在于每根分裂子导线单位长度的电量仅用一个模拟线电荷等效代替。与现有文献中仿真结果的比对验证了文中计算模型的正确性。对1 000 kV三相8分裂交流输电线路的算例进行仿真计算,并与测量数据对比分析,得出电晕放电使地面工频电场增加约5%的结论。     

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。     

直流输电线路电晕损失数值计算方法

高压直流输电线路电晕损失的计算由于线路周围空间电荷的存在而较为复杂。在直流输电线路设计中,只能依赖各种经验公式对线路电晕损失进行估计,方法的普适性较差。为此,以直流输电线路离子流场数值计算为基础,分析了采用Shockley-Ramo法则、沿导线闭合曲线积分以及沿计算边界积分等3种方式计算导线电晕电流的合理性。结果显示,从计算结果与测量结果的一致性看,Shockley-Ramo法和沿导线闭合曲线积分法与沿计算边界积分法相比均较好,但考虑Shockley-Ramo法则利用所有的空间电荷来计算电晕电流,而沿导线闭合曲线积分方法仅利用导线附近的电荷,因此Shockley-Ramo法则具有更好的通用性。该方法能够快速、稳定、准确地计算高压直流输电线路的电晕损失,为直流输电线路设计提供参考。     

电晕笼内多分裂导线电晕损耗

当输电线路的导线表面场强超过空气的击穿场强时,输电线路上就产生电晕放电,导线附近区域的空气放电产生热、光、可听噪声和无线电干扰等,同时伴随着大量的电晕损耗,系统研究线路电晕损耗及其影响因素具有重要的工程应用及理论价值。建立电晕笼内多分裂导线的平面及三维仿真模型,分别对2种模型下的多分裂导线表面电场进行仿真分析,研究了特高压大电晕笼防护段尺寸对多分裂导线表面场强的影响,从而确定大电晕笼防护段最佳尺寸。根据三维模型仿真结果,试验测量电晕笼内多分裂导线在不同降雨率下的电晕损耗,可作为实际线路电晕损耗估算的参考。     

特高压输电线路宽频带电晕损失测量系统

为研究特高压(UHV)分裂导线宽频带的电晕电流特性,进而计算导线的电晕损失,设计研制了1套基于全球定位系统(GPS)同步时钟的宽频带电晕损失测量系统。该系统通过全球定位系统(GPS)同步授时实现电压和电流信号的同步采集。通过无线网络传输模块,将上位机采集到的电流信号传输到下位机,这种方式可以实现电晕电流的安全可靠测量。误差分析表明:测量幅值误差<0.1%,相位误差<2°。已应用该系统对特高压交流试验基地分裂导线电晕电流和电晕损失进行测量,获得了6分裂、8分裂LGJ630-45型导线宽频带的电晕电流以及在干燥和淋雨(降雨强度20mm/h)条件下的电晕损失,表明该系统可以应用于宽频带电晕电流和电晕损失的测量。     

负直流下绞线电晕起始电压分析

电晕放电是输电线路设计和运行中面临的突出问题,电晕放电产生的能量损耗和无线电干扰、可听噪声干扰是线路设计和运行中需要考虑的重要因素.为求解绞线负直流电晕起始电压,采用模拟电荷法计算绞线表面电场,并利用气体放电理论建立模型.绞线表面电场比同等半径的光滑导线要高,利用绞线模型计算电场更接近于实际导线.电晕起始电压计算模型将初始电子崩能否在阴极表面产生一个自由电子触发二次电子崩的发展作为电晕起始电压的判据.利用电晕起始电压计算模型研究了负直流电晕起始电压与气压的关系,电晕起始电压随气压下降减小,主要原因是有效电离系数增大导致的电离区域的扩大.并研究了电晕起始电压与线路导线结构参数--导线半径、线路对地高度、导线分裂数、分裂间距等的关系.     

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。