交流电场下水滴对导线电晕特性的影响

导线电晕会带来巨大的危害,是输电线路设计与运行必须考虑的重要因素之一,而降雨天气会严重影响导线的电晕特性。本文在小型电晕笼内对导线表面附着水滴时进行交流电晕试验,同时结合二维和三维有限元仿真来分析导线的电晕特性。研究表明,导线表面布满水的起晕电压远小于导线表面附着少量水滴的起晕电压;根据水滴在电晕过程中的破裂方式提出采用水滴的第一次破裂电压和第一次喷射微滴电压来表征水滴在电场作用下的稳定程度,试验得到导线表面附着三滴水的第一次破裂电压、第一次喷射微滴电压低于导线表面附着一滴水的值;水滴在交流电场中将会做两倍于电场频率的受迫振动,而且水滴在不同的振动位置对空间场强的畸变程度不一,这将导致水滴电晕过程中的瞬时电晕现象;通过三维仿真计算得到导线表面附着三滴水时的空间场强最大值和强场强区域体积大于导线表面附着一滴水的值,说明三滴水时对电场的畸变更为严重。     

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。     

高压直流导线表面粗糙度与电晕放电时粗糙系数的关系

高压输电线路表面磨损会对线路电晕放电造成影响。粗糙系数是根据导线表面状态预测起晕场强的重要参数。文中研究了表面粗糙度与高压直流导线起晕场强以及粗糙系数之间的关系,基于触针法测量了圆截面导线的表面粗糙度,利用圆柱电晕笼获得了导线正负极直流起晕电压,得到了粗糙系数与导线表面粗糙度之间的变化规律。导线粗糙度在0.5μm到2.5μm的范围内变化时,粗糙系数随表面粗糙度增大而减小。与正极相比,表面粗糙度对负极电晕放电影响更大。表面粗糙度越大,粗糙度变化对粗糙系数的影响越明显。     

起晕电压值对直流输电线路下地面合成场强的影响分析

导线起晕电压值的大小关系到导线电晕放电的强弱,从而会影响到空间电荷的数量,进而对地面合成场强大小产生影响。由分析可知地面合成场强与导线起晕电压值成线性变化,起晕电压越大,地面合成场强值越小,因此有必要对导线起晕电压值进行准确计算。利用基于Deutsch假设的解析法提出的导线表面的A值作为中间变量来求得的起晕电压值,能较好满足地面合成场强计算精度要求。在能较准确地计算出结果的基础上,分析了子导线截面与导线对地高度以及极导线间的距离这三个因素对地面合成场强的影响。     

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。     

不同排列的金属球在均匀电场中的仿真研究

大量研究已证明导线表面状态会极大影响导线的电晕性能,但微观层面上是如何影响电场分布的研究并不充足。因采用均匀电场可以更好地关注颗粒本身相互影响的规律。计算了在平行板电极形成的均匀电场中,不同排列的球状金属颗粒放置在电压极板上的影响,当金属球成一字排列时,随着数量的增多,最大场强值和最大面电荷密度都会被削弱,趋向一极限值,并根据数量-场强曲线拟合了公式。当3颗球一字排列时,中间球正好位于两边球中心时削弱作用最强,且两边球距离越近效果越明显;当金属球按正多边形排列时,数量越多削弱越明显,距离越近削弱越明显。1颗金属球在距离极板不同高度时,金属球靠近但未接触极板时场强最大。计算证明并非金属球越少电场分布越好,为优化导线表面状态、去除瑕疵提供了理论基础。     

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。     

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。     

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。     

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。     

特高压双回直流架空线路电晕起始电压的计算分析

为研究特高压双回直流架空线路的电晕起始特性,本文考虑线路排列方式和绞线的实际结构,结合气体放电理论建立了特高压双回直流线路的起晕电压计算模型。根据正负极起晕的不同机理,在利用优化模拟电荷法对绞线表面空间电场求解的基础上,计算了各极子导线的起晕电压。分析并讨论了导线布置、温度与气压及绞线参数等因素对起晕电压的影响。计算结果表明：-+/-+排列方式时线路起晕电压值较高。另外,导线半径的增大、气压的升高、分裂数的增加都能显著提高起晕电压。导线对地高度、极间距、上下层导线高度及分裂间距也都会不同程度影响起晕电压。绞线绞入率逼近于0时,绞线起晕电压接近光滑导线的起晕电压。     

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。     

超高压交流变电站金具电晕特性与选型研究

为消除电晕放电造成的能量损耗和电磁干扰,对不同种类金具的电晕特性以及不同电压等级下金具选型进行研究。利用紫外成像仪对几座超高压交流变电站的电晕放电现象进行观测,找出易发生电晕放电的金具;对此金具结构建立三维有限元仿真模型,计算在施加500 kV和750 kV电压等级下,不同尺寸金具表面电场强度分布情况,并针对场强较大的结构进行优化设计。研究结果表明,随着均压环、屏蔽环管径和屏蔽球球径的增大,其表面电场强度逐渐减小;结合金具表面起晕场强控制限值,给出了500 kV和750 kV电压等级下,耐张绝缘子串屏蔽环、V型绝缘子串均压环以及导线屏蔽球的尺寸选型。     

直流电压下导线起晕电压计算方法

通过数值计算方法并结合气体放电理论研究了架空输电线路导线的起晕电压计算方法,并进一步研究计算了高海拔下的起晕电压。首先采用模拟电荷法精确计算了光滑导线周围的电场分布,然后基于气体放电理论,采用数值模拟的方法,以自持放电为判据,得到了起晕电压;根据高海拔修正公式,计算了高海拔地区的光滑导线的起晕电压。同时对不同海拔地区导线的起晕电晕进行了试验研究,并把数值计算的起晕电压和试验结果进行了比较,发现二者吻合得很好。最后,对光滑导体起晕电压的有影响的各种因素进行了讨论。     

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。     

Agglomeration of particles by ac corona discharge

Improving the collection efficiency for particles smaller than 1 μm on every precipitator is important. We sought to improve the collection of these particles on an ESP due to particle agglomeration. Particles are charged by ac corona discharge in a precharger and agglomerated by a dc electric field in an agglomerator downstream of the precharger. Diesel exhaust particles were used as particulate matter for the experiments. The distribution of particle size was measured using a particle counter and a scanning electron microscope. By these methods, particles as small as 0.01 μm could be counted. Results showed the agglomeration between particles at ac corona discharge operating mode. The concentration of particles smaller than approximately 0.35 μm decreases, and that of particles larger than approximately 0.35 μm increases in the agglomerator. The agglomeration rate increases with increasing applied voltage, then saturates. These results may be due to the size distribution and to decrease of concentration by agglomeration. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 130(1): 30–37, 2000     

交流电场强度对导线雾凇覆冰特性的影响

输电线路覆冰严重威胁着电力系统的安全,国内外对导线覆冰开展了大量研究,但绝大部分研究都没有考虑电场对覆冰特性的影响,这与工程实际情况不相符。在人工气候室内对导线进行带电覆冰,测取了覆冰量和覆冰密度,并通过Q–V法测得了覆冰过程中导线的电晕放电量。为了解释电场对覆冰的影响机制,对交流电晕下水珠的荷电和所受库仑力进行了计算。试验结果表明:试验条件下,覆冰量和覆冰密度随交流场强增加均有先增大后减小的趋势。计算结果表明;电场将对水滴施加电吸力,导致在电晕出现之前或电晕较弱时覆冰量、覆冰密度增加;电晕较强时,空间电荷浓度增加,水滴荷电后所受库仑力起排斥作用,这可能是强电场下导线覆冰量和覆冰密度降低的原因。     

尖端导体电晕放电辐射场的计算与实验

为研究输电线电磁辐射问题,以尖端导体电晕放电为研究对象,利用偶极子模型和传输线模型尖端导体电晕放电辐射场进行理论计算,得出了电磁辐射信号特征;在实验室进行直流高压下尖端电晕放电模拟和实验研究,验证了理论分析的正确性。研究结果表明,电流注入导体产生的辐射场要比空气电晕区产生的辐射场强的多,在对尖端导体电晕放电辐射场的远距离探测时,空气电晕区产生的辐射场可以忽略不计;尖端导体电晕放电辐射场主要是垂直极化场,由电晕电流在导体两端来回反射引起的;信号的时域波形呈衰减振荡形式,信号的峰值随外加电压的升高而增大,正电压下信号的强度明显比负电压下信号的强度大;信号首脉冲的方向随外加电压的极性不同而相反;信号的持续时间在几百ns数量级,而且随着导体长度的增加,信号的持续时间有增大的趋势。该研究结果对于输电线电晕抑制及周围电磁环境评价具有重要意义。     

特高压工频无局放试验变压器外电场模拟计算分析及试验布置优化

多级串级式无局放工频试验变压器是特高压设备研制和试验必不可少的试验设备。为此,对典型的串级工频无局放试验变压器成套设备的外电场分布开展了研究,进行了有限元法数值计算。分别讨论了变压器布置于理想户外、室内距墙10m和距墙7m这3种工况下场强分布特点以及最大场强随净距增加的变化规律,分析了工频无局放成套设备自身结构对最大场强的影响。在特有的计算条件下,比较分析3种不同分压器屏蔽顶罩型式下的场强分布。在顶罩圆环半径和球半径相近时,双环屏蔽优于孤立球屏蔽,且屏蔽圆环截面半径越大,最大电场强度越小。通过分析空间电场分布的特点,得出其它试验辅助设备和空间杂散物项发生悬浮放电的规律。当接地杆与该变压器相对距离>10m时,一般不会发生空间悬浮电位放电;在计算模型中,灯具尺寸越小,对空间电场的影响越小,当灯罩半径>10cm时会发生局部起晕。最后对试验空间的优化布置给出合理化建议,其可作为试验大厅设计和试验设备布置的参考依据。