Effects of Contaminations on Corona Pulse Inception Characteristics of HVDC Conductor

Contaminations adhering on HVDC transmission line will change its corona characteristics to generate electromagnetic pollution. The corona-induced radio interference and audible noise become important factors influencing the configuration and costs of transmission project. For understanding the effects of contaminations on the corona pulse characteristics of an HVDC transmission line,a corona cage was adopted to experimentally investigate corona pulse inception voltage and corona pulse characteristics of the conductors with different contaminations on surfaces. The contaminations include simulated contaminations,carbon powder,cement and fine sand. The results show that when conductor is covered with contaminations,the positive polarity corona pulses have high amplitude and low frequency,while the negative polarity corona pulses have low amplitude and incremental high frequency components. The corona pulse inception voltage presents a negatively exponential decrease with the increase of contamination density,showing a saturation trend. Fine sand shows the greatest effect on the corona pulse inception voltage with positive polarity,while cement shows the least effect. A function of corona inception voltage and surface contamination density is given. This study may provide reference for design of transmission lines.

Test Study on Corona Onset Voltage of UHV Transmission Lines Based on UV Detection

Corona discharge is being detected by UV imaging detection technology at home and abroad in recent years.This technology is used in the corona tests of conductor bundles in this paper.In order to further research the corona characteristic,optimize geometry parameters and diameter of sub-conductor,and increase corona onset voltage of transmission lines,corona tests of three model conductors which are placed inside the outdoor corona cage are conducted.Corona cage could be used to simulate the corona activities on transmission lines under a low voltage and different conditions in an effective and economical way.Photon which was created by UV light as a result of corona discharge on conductors is detected by the UV detection apparatus.The photon number within unit interval,namely photon counting rate is adopted as the parameter of quantifying the intensity of corona discharge.According to the apparent change of photon number,corona onset voltage can be judged.All tests are conducted under almost same atmosphere condition.Using the method,corona onset voltage is acquired.The results indicate that the tests have a good repeatability,in other words,repeating same test twice same result can be aquired.The corona onset voltage can be acquired exactly from the curve of applied voltage vs.photon counting rate.Therefore UV detection apparatus can not only used to find discharge point exactly,but also applied on corona discharge research and live detection for power equipments.The method using in this paper is proved that is a new available method.

4000 m高海拔地区特高压变电站导线电晕特性与选型研究

1000 kV变电站中导线连接方式多样,其表面电场分布由于邻近效应而极不均匀,导线表面易发生电晕放电,尤其在高海拔地区,导线起晕电压将降低。为了防治导线表面电晕,优化变电站电磁环境,必须选择合理的导线型式。提出了一种数值计算和有限元仿真为主、电晕模拟试验为辅的变电导线选型方法,研究提出了导线表面场强控制值,计算获得了采用不同选型方案时导线表面工作场强与临界场强之比Em/Ec、可听噪声L50值与电场分布,给出了4000 m海拔特高压变电站导线选型方案并通过了电晕试验验证。结果表明:导线表面场强控制值推荐取值为1.84 kV/mm;若4000 m海拔特高压变电站仍采用常规4分裂导线,则其站内Em/Ec和可听噪声L50值将分别增大50.0%和23.7%,导线表面电晕严重。采用该推荐选型方案时,站内Em/Ec和可听噪声L50值分别为0.79和60.29 dB,导线表面最大场强为1.67 kV/mm,导线高海拔电晕熄灭电压为770 kV,满足4000 m高海拔特高压变电站导线防晕要求。该研究方法和成果可为我国后续高海拔地区特高压变电站的导线选型和绿色环保电网工程建设提供依据。

500 kV超高压交流变电站分裂导线间隔棒优化设计

内蒙古地区17座500 kV超高压交流变电站电晕放电的观测结果表明,变电站内分裂导线间隔棒表面电晕放电最为剧烈。为有效抑制分裂导线间隔棒表面电晕放电,首先建立分裂导线间隔棒有限元模型进行仿真计算,然后提出分裂导线间隔棒结构优化设计方案。结果表明:内蒙古地区500 kV变电站现用的曲率半径R_(1)=40 mm、R_(2)=10 mm的间隔棒表面最大电场强度位于线夹头部曲率半径R_(2)圆弧段处,且大于起晕场强,为降低间隔棒表面的电场强度,采取改变间隔棒线夹头部曲率半径R 1和R 2的方法。仿真结果表明,相比增大R 1,增大R 2对于降低间隔棒线夹头部电场强度的效果更加显著。因此,将间隔棒线夹头部曲率半径R 2由10 mm增大至20 mm时,可以满足内蒙古地区500 kV超高压交流变电站分裂导线间隔棒防晕要求。为对计算结果进行验证,在中国电力科学研究院开展分裂导线间隔棒起晕特性试验,验证间隔棒线夹头部曲率半径分别为R_(1)=40 mm、R_(2)=10 mm和R_(1)=40 mm、R_(2)=20 mm时的起晕特性,所得试验结果与计算结果一致。因此可说明,经过优化后的分裂导线间隔棒具有较好的电晕特性。

1000kV输电线路分裂导线的电晕分析

随着现在输电线路电压等级的不断提升,电晕现象对线路造成的危害愈发明显。为了预防电晕的出现,搭建分裂导线以及绝缘子串的仿真模型,模拟出不同的天气情况对其进行电位与电场的计算,并根据得到的设备表面电场分布图了解电晕现象发生的原因,得到周围环境的变化将导致设备表面电场强度改变的结论,同时通过分析证得的结论,为不同地区输电线路中绝缘材料的选择提供了有效方法。

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。

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。

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。

直流电晕笼中的合成场强和离子电流的计算

为了更好地解决高压直流输电线路中电磁环境问题,需要研究高压直流线路的电晕特性,而电晕笼是研究导线电晕特性的重要实验设备。因此,采用有限元法和通量管法分别求解了电晕笼内单极导线结构的电场和空间电荷密度,提出了电晕笼中导线表面空间电荷密度初值计算公式。计算中考虑了导线周围电离层的影响,并根据最小临界电离电场计算出一个电势作为新的边界条件。通过对比电晕笼内部的电晕电流、电场和离子电流密度分布的计算和测量数据,验证了算法的有效性。

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。

±800kV特高压直流线路采用5分裂导线的电磁环境特性分析

为了提高特高压直流输电线路的输送容量、优化线路周围的电磁环境、压缩输电线路走廊宽度,一般采用分裂导线。采用逐次镜像法、有限元、BPA和CISPR的经验公式等方法计算5×LGJ-1120/50和6×LGJ-900/40导线方案的导线表面电场强度、地面离子流密度、可听噪声以及无线电干扰等电磁环境与电气参数,并计算电阻损耗和输电线路年费用以比较5×LGJ-1120/50和6×LGJ-900/40两种导线方案的优缺点。计算结果表明:在导线总截面大致相当的情况下,两种导线方案均能满足电磁环境限值要求,同时5×LGJ-1120/50导线方案的电阻损耗和年费用更小,其在输电线路建设投资以及运行成本等方面具有较强经济优势。

雨雪天气下特高压交流单回试验线段电晕损失实测分析

为了研究特高压交流输电线路在雨天、雪天气象条件下的电晕损失特性,基于我国特高压交流试验基地单回试验线段展开实测研究,采用研制的光电数字化输电线路电晕损失监测系统,实现了试验线段电晕损失全天候条件下实时在线测量,根据监测结果分析不同降雨率及大雪气象条件下电晕损失。研究结果表明,正常运行电压下,特高压交流单回试验线段雨天单相单位长度电晕损失约为20～60 W/m,在大雪气象条件下,根据监测结果,特高压交流单回试验线段单位长度电晕损失最大值为:边相达到53.54 W/m,中相达到62.95 W/m,与等值降雨率推算结果较为符合。电晕损失随降雨率增大呈非线性增长,在大雨条件下逐渐趋于饱和,并初步获得8×LGJ-500/35分裂导线降雨率与电晕损失拟合模型。该试验获得的特高压交流单回试验线段电晕损失实测结果,为特高压交流输电线路导线选型设计及运行经济性衡量提供了参考。

不同海拔下750kV输电线路导线起始电晕特性研究

为了深入研究海拔0～3000m范围海拔对交流输电线路导线起始电晕特性的影响。基于可移动式电晕笼，在武汉、西宁、海北进行了交流6×LGJ～400／50导线的电晕特性试验，用紫外成像仪记录导线电晕放电后产生的光子数。利用“切线法”求取导线的电晕起始电压。通过武汉、西宁和海北3个海拔点导线在晴朗天气下的电晕起始电压测量结果，发现导线起晕电压随海拔升高而显著下降。海拔每升高1000m，导线起晕电压降低8．12％。且它们不适合用GB／T 2317．2—2000或GB／T 775．2—2003中校正金具和绝缘子公式进行海拔校正．得到了适合于6×LGJ～400／50导线的指数和线性海拔校正公式，误差〈5％，可为工程建设提供参考。

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。

高湿条件下基于凝露分布模型的导线电晕起始电压预测

湿度是影响导线电晕起始电压的重要因素,基于四热阻换热模型和分形理论建立适用于高湿度条件下导线的凝露分布模型,计算得到不同湿度和导线温度配合下导线表面凝露的尺寸和分布规律,计算结果与金相显微镜下凝露试验测量结果相差很小。通过有限元方法由凝露分布模型得出的参数计算得到凝露时导线表面的电场分布;代入导线电晕放电的光电离模型计算得到电晕起始电压的预测值。研究表明:相对湿度越高,导线温度与环境温度相差越大,电晕起始电压下降越明显,在相对湿度高于80%后,电晕起始电压趋于饱和。试验得到的不同凝露条件下导线的电晕起始电压和预测值的误差小于5%。因此,所提方法可应用于高湿度条件下导线电晕起始电压的预测。

导线雷电冲击电晕特性试验研究

雷电侵入波的特性对变电站内设备的绝缘裕度设计有较大的影响,而目前中国进行变电站设备雷电绝缘裕度设计中,忽略了输电线路的电晕会引起雷电侵入波衰减畸变,导致设计结果通常较为保守,因此有必要对雷电冲击电晕进行系统研究。在中国特高压交流试验基地开展了冲击电晕试验,对输电线路中常用的导线进行了雷电冲击电晕试验研究,总结了不同导线的雷电冲击电晕伏库特性曲线。试验结果表明:在雷电冲击下导线起晕较为明显,不同导线的伏库特性曲线表现出一定的规律性,且在正极性雷电冲击下导线表现出明显的起晕延时现象。基于试验结果可建立相应的线路冲击电晕模型,应用于电磁暂态软件中仿真计算线路冲击电晕对线路雷电侵入波的影响。

高海拔沙尘条件下750kV输电线路导线电晕损失特性（英文）

研究高海拔沙尘条件下750 kV输电线路电晕损失特性。西北地区沙尘天气频发,沙尘颗粒存在可能会影响750 kV输电线路导线电晕损失特性。基于可移动电晕笼,针对750 kV输电线路实际使用的6分裂LGJ400-50导线展开模拟沙尘条件下导线电晕损失特性试验研究,采用光纤数字化电晕损失测量系统测量导线的电晕损失,采用紫外成像仪观察放电强度。从风速,沙尘浓度,沙尘颗粒度方面分析沙尘条件对电晕损失的影响。结果表明:沙尘条件下电晕放电增强;在文中的风速范围内,风速对导线交流电晕损失影响较小;在文中的沙尘浓度和颗粒度范围内,750 kV输电线路导线电晕损失随着沙尘浓度及沙粒颗粒度的增加而增大。

光滑导线直流起晕电压判别方法对比分析

直流电晕放电会产生空间电荷、离子流场、无线电干扰、可听噪声及电晕损耗等效应,为了研究根据不同的直流电晕放电效应得到的起晕电压差异,搭建了基于同轴圆柱结构的电晕放电起晕电压测试平台,同时测量了不同直径光滑导线电晕放电产生的离子流、合成电场、稳态电晕电流及紫外光子数随电压的变化关系,依据各物理量随电压变化的拐点确定了正、负极性光滑导线的起晕电压。实验结果表明,对于光滑导线,通过不同电晕放电效应借助于拐点法得到的起晕电压基本一致。根据同轴圆柱离子流场的解析公式及起晕场强的经验公式,对导线的起晕电压进行了计算,不同直径的起晕电压的计算结果与测量结果基本一致,最大差异<2.1%。因此,对于实验室内光滑导线起晕电压的确定,建议采用同轴圆柱电极结构对电晕放电效应进行测量,推荐采用拐点法来确定起晕电压。

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。