基于碰撞电离理论的污秽及环境因素对导线起晕电压的影响分析

架空输电线路上附着的污秽是影响电晕的重要因素,并且不同地区的环境因素差异也会对电晕产生影响。针对污秽和环境因素对导线起晕电压的影响,以碰撞电离理论以二次电子崩正离子数是否大于初始电子崩正离子数作为起晕判据,采用数值计算方式建立仿真模型对其影响进行系统分析。结果表明:导线上污秽的存在影响导线附近空间电场分布并对起晕电压造成影响,电场强度下降时起晕电压上升,气压上升时起晕电压上升,温度或湿度上升时起晕电压下降。

正负直流电压下棒板间隙起晕电压计算方法

阐述了棒-板间隙正电晕起晕判据的推导过程,并采用正负电晕起始判据分别建立了计算棒-板间隙正负直流起晕电压的光电离模型,且确定了模型中碰撞电离系数、吸附系数、光子吸收系数、光子表面发射系数等参数的取值。进行了10 cm、12 cm、14 cm和16 cm间隙距离下的棒-板间隙正负直流电晕放电试验,通过紫外成像仪和高电位电流采集系统得到了正负直流起晕电压特性,起晕电压计算结果与紫外法检测结果对比,相对误差在-0.8%~5.6%,与高电位电流法检测结果对比,相对误差在-1.8%~2.5%,计算结果与试验结果吻合度较好。提出的正负直流电晕计算模型对加强特高压输电工程中的电晕控制具有指导意义和重要参考价值。

特高压阀厅金具表面电场计算及起晕校核

为了对阀厅内部金具的起晕情况进行校核,以某±800kV特高压换流站阀厅为研究对象,采用第三方软件完成实体精细建模,输入到有限元仿真软件ANSYS进行前处理,结合PSCAD软件仿真得到的电位波形,采用瞬时电位加载法,对阀厅3D模型在一周期内各工况下的电场分布情况进行了有限元计算。采用子模型法,实现了局部电场的精确求解。根据电场计算结果,结合相关经验公式以及试验结果,对管形和球形金具的起晕情况进行了校核,在校核过程中,对形状不规则的金具进行了相应的等效模拟。校核结果表明所选阀厅金具在电晕控制方面具有一定裕度,满足阀厅金具设备安全运行要求。研究结果为特高压阀厅金具的设计提供了重要的借鉴。

不同大气参数及表面状况下导线交流起晕电压的预测

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。电晕放电存在于诸多电网设备中,以超、特高压线路最为严重。我国西电东送,南北互供,全国联网的电力发展战略决定着我国超、特高压线路必将经过高海拔,不同湿度、污秽环境地区。因此,研究不同大气参数下的导线起晕电压有重要的理论及工程意义。根据电晕筒内导线试验数据,提出了一种基于支持向量回归的导线交流起晕电压预测模型。在一定环境温度下,以相对空气密度、相对湿度、粗糙系数为输入参量,导线的起晕电压为输出建立了预测模型。结果表明:基于留一交叉验证法的支持向量回归模型的预测结果与试验结果符合,该方法为导线的起晕电压的获得提供了一条可能的新途径。

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。

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。

采用电晕笼的交流分裂导线起晕电压海拔修正系数分析

电晕笼是用来模拟输电线路导线电晕特性的一种经济、有效的方法。为了深入研究海拔0～3800m范围内交流输电线路电晕起始电压的海拔修正系数,利用可移动式小型电晕笼在武汉、西宁、格尔木、纳赤台进行了多种4分裂导线的电晕特性试验。导线电晕放电后产生了光子,紫外成像仪可以记录光子的数量,从而利用"切线法"求取导线的电晕起始电压。通过武汉、西宁、格尔木和纳赤台4个不同海拔点的导线在干燥条件下的电晕起始电压测量结果,发现它们不适合用GB/T2317.2-2000或GB/T775.2-2003来进行海拔校正,因而提出了工程用指数和线性海拔校正方法,误差<5%,可以满足工程实际需要。

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。

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。

气压和湿度对复合电压下换流阀高压电极起晕电压影响试验

柔性直流换流阀在运行时,其内部尖端以及钳制电位差较大的相邻屏蔽罩可能由于承受过高的交直流复合电压和局部场强过大而产生电晕放电现象。而气压和湿度因素对起晕电压具有一定的影响。因此根据换流阀内部电极电场的特点设计了换流阀高压电极(棒–板电极和屏蔽罩缩比电极)。采用串联加压的复合加压方式和紫外成像技术,在实验室内搭建了气压和湿度可调的交直流复合电压电晕试验平台。之后基于试验平台研究了气压和湿度对复合电压下换流阀高压电极起晕电压的影响。试验结果表明:随着气压的下降,复合电压下和单一电压下棒–板电极的起晕电压均线性下降;复合电压下屏蔽罩缩比电极起晕电压逐渐下降;单一电压下屏蔽罩缩比电极的起晕电压线性下降。随着相对湿度的增大,正直流–交流复合电压下棒–板电极的起晕电压基本不变;负直流–交流复合电压下棒–板电极的起晕电压逐渐减小;单一电压下棒–板电极的起晕电压均逐渐线性减小。随着相对湿度的增大,正直流–交流复合电压下屏蔽罩缩比电极的起晕电压先减小后增大;负直流–交流复合电压下屏蔽罩缩比电极的起晕电压则逐渐减小;纯正直流电压下,屏蔽罩缩比电极的起晕电压先增大后减小;纯交流和纯负直流电压下,屏蔽罩缩比电极的起晕电压逐渐减小。

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。

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。

沙尘环境下风速、粒径对直流金具起晕电压的影响

研究沙尘环境下风速、沙尘粒径对直流金具起晕电压的影响规律,对于指导极端气候条件下高压直流输电线路设计、运行、维护,增进系统的可靠性具有重要的意义,也是该领域的研究热点。选取4个不同直径的均压环为试品,在人工模拟沙尘气候环境下,利用紫外成像仪观测手段,分别测试了其在无风沙条件以及10-25 m/s风速、粒径〈65μm与〈105μm的典型沙尘这3种条件下的直流起晕电压,并通过电场模拟仿真对测试结果进行了分析。试验结果表明：沙尘介质环境会导致直流金具起晕电压出现下降;浓度一定的条件下,起晕电压随风速增加逐渐升高;相同风速下,粒径〈65μm的沙尘试样作用下金具起晕电压略低于粒径〈105μm的大粒径试样。

雨凇覆冰对输电线路分裂导线起晕电压的影响

雨凇覆冰后的输电线路导线表面电场会发生畸变从而降低起晕电压值,但目前国内外尚未深入分析雨凇覆冰对导线电晕特性的影响规律,且缩比导线模型所得结论与工程实际存在较大差异。为探求雨凇覆冰导线的电晕特性,在人工气候实验室内完成了3种分裂导线雨凇覆冰后的交流电晕试验,结合紫外成像与拟合法对导线雨凇覆冰后的电晕特性进行了测量,建立了有限元模型并分析了导线表面电场强度以弥补雨凇电晕研究的空缺。结果表明:雨凇覆冰会降低裸导线起晕电压值约50%;导线表面的起晕电压会在最初的15 min内下降较快,之后会随着雨凇覆冰程度的增加而继续下降,但其速度逐渐饱和;相同雨凇覆冰时间内分裂子导线越多则起晕电压值越高;覆冰水电导率的大小并不会直接改变或影响雨凇覆冰表面形态,但起晕电压值却会随着覆冰水电导率的增加而持续降低。所得结论可供雨凇覆冰地区架空输电线路的设计和选型参考。

碳纤维复合芯导线与钢芯铝绞线的起晕特性对比试验

为研究碳纤维复合芯导线(ACCC)的起晕特性,基于小电晕笼电晕测量系统进行了ACCC-600/71单根导线和LGJ-630/45钢芯铝绞线单根导线起始电晕特性的对比试验。试验结果表明:在干净及人工涂污下,ACCC-600/71导线的起晕电压均要高出LGJ-630/45导线起晕电压,说明ACCC-600/71导线确实能够降低线路损耗,在节能、环保方面具有良好运行性能;表面污秽会降低导线表面粗糙度系数,从而大幅度降低起晕电压,且污秽物颗粒度越大影响程度越高。

交直流复合电压下的稍不均匀场高压电极起晕特性

为研究复合电压下阀内部屏蔽罩电极的起晕电压特性,搭建了用稍不均匀电场电极缩尺模拟阀用屏蔽罩电极,并搭建了复合电压电极电晕放电平台,基于紫外成像技术研究了稍不均匀场中阀用屏蔽罩电极缩尺模型的紫外光子数特性及起晕电压特性,并获得了不同电极尺寸下的起晕电压的变化规律。在此基础上,利用有限元方法对不同交直流配比下,电晕起始电场强度分布进行了仿真。通过分析可以得到:气隙间距在0~10 cm范围内,在固定直流改变交流的复合升压方式下,随着正直流分量的增加,电极所加交流分量会逐渐降低,若认为起晕时交直流分量直接线性叠加得到的电压为起晕电压,则起晕电压值会随正直流分量的增加呈现先增加后降低的趋势,存在一组交流和直流电压配比,使得复合电压作用下电极的起晕电压达到峰值,数值可达65 k V左右。该研究可以为换流阀内电极结构的绝缘优化设计提供参考。

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。

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。

分裂导线混合凇带电覆冰后的起晕电压跌落研究

混合凇会使导线形态发生变化从而改变起晕电压;目前国内外学者针对导线覆冰做了大量研究,但往往忽略输电线路覆冰过程中仍然带电运行,并常用缩比模型研究实际分裂导线,且尚未深入研究混合凇对导线起晕电压的影响;为探求其规律,本文在多功能人工气候室内利用紫外成像技术及曲线拟合法完成对实际实际单分裂、双分裂和三分裂导线带电混合凇覆冰后的起晕电压测量试验,根据不同覆冰形态建立有限元模型分析导线表面场强畸变规律;试验及仿真结果表明:带电混合凇覆冰会严重降低导线起晕电压50%以上;不同电场下混合凇覆冰后的导线起晕电压也不同;覆冰时间的增加会导致起晕电压连续降低,但速度逐渐减慢并最终饱和;相同覆冰时间内,子导线数越多的分裂导线残余起晕电压值越高;电导率不会改变混合凇覆冰形态及导线起晕电压值;混合凇冰柱越长越尖则引起越严重的电场畸变,导线起晕电压也越低;本文结论可为混合凇频发地区输电线路设计提供理论依据。

雨凇覆冰对输电线路光滑铝导线起晕电压的影响

为探求雨凇覆冰形态对输电线路导线电晕起始特性的影响规律,在低温低气压人工气候试验室内完成了光滑铝导线的雨凇覆冰及覆冰后的交流电晕试验,并结合紫外成像仪技术和电流-电压(I-U)曲线拟合方法对雨凇形貌和导线起晕电压进行了测量和分析。试验结果表明:光滑导线上雨凇覆冰导致其起晕电压严重降低,且随着覆冰时间延长,导线起晕电压还将持续下降,但下降的速度呈逐渐减慢的趋势;雨凇覆冰形态并不随覆冰水电导率的不同而发生改变,但随着覆冰水电导率的增加,导线起晕电压会逐渐降低。所得结论可供雨凇频发地区的输电线路设计与选型参考。