空氣濕度對(duì)直流電暈放電影響的研究.pdf

1、實(shí)施我國(guó)西電東送的能源戰(zhàn)略，國(guó)家已經(jīng)投運(yùn)了多條不同等級(jí)的高壓和特高壓直流輸電線路。特高壓直流輸電需要考慮輸電過(guò)程中電暈放電的產(chǎn)生。電暈放電不但增加線路的功率損耗，還會(huì)導(dǎo)致無(wú)線電干擾、可聽(tīng)噪聲等一系列的環(huán)境問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注，并受到環(huán)保法規(guī)的嚴(yán)格制約。這就使得電暈放電成為決定直流輸電線路結(jié)構(gòu)，影響建設(shè)費(fèi)用的重要因素。我國(guó)特高壓直流輸電線路的輸送距離遠(yuǎn)，工程沿線地形、地貌與氣象條件復(fù)雜，不可避免地需要經(jīng)過(guò)

2、高濕度地區(qū)。因此，研究空氣濕度對(duì)直流電暈放電的影響具有重要的理論意義和實(shí)際意義。
　　本文針對(duì)空氣濕度對(duì)導(dǎo)體電暈放電的影響進(jìn)行了深入研究。系統(tǒng)地計(jì)算分析了空氣濕度對(duì)支配電暈放電性質(zhì)的參數(shù)，如電離系數(shù)、附著系數(shù)、光子吸收系數(shù)、電子和離子漂移系數(shù)以及電離層半徑等的影響。基于對(duì)導(dǎo)體電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的分解、對(duì)考慮濕度的電暈起始場(chǎng)強(qiáng)構(gòu)成的理論分析和電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的模擬計(jì)算，研究了Peek公式的修正。結(jié)合本文給出的修正的Peek公式，系統(tǒng)地計(jì)算分析

3、了濕度對(duì)電暈效應(yīng)的影響。本論文主要包含以下方面的內(nèi)容和結(jié)果:
　　(1)介紹了環(huán)境空氣的組成和特性以及電暈放電中的電離、附著等物理過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，描述了正、負(fù)極性導(dǎo)體電暈放電機(jī)理，描述了正、負(fù)極性導(dǎo)體電離層中電荷數(shù)量密度分布的一維數(shù)學(xué)模型。
　　(2)電暈放電的性質(zhì)與多個(gè)參數(shù)相關(guān)，即電離系數(shù)、附著系數(shù)、光子吸收系數(shù)、電子漂移速度和正離子漂移速度等。因此，空氣濕度對(duì)電暈放電性質(zhì)的影響將通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的影響來(lái)產(chǎn)生?；趯?duì)濕空氣

4、下的各放電參數(shù)相應(yīng)于干空氣和水蒸氣的分解，系統(tǒng)地計(jì)算分析了空氣濕度對(duì)各放電參數(shù)的影響，得到了這些參數(shù)隨空氣濕度變化的規(guī)律，這就是:電離系數(shù)隨濕度增大，較大的電場(chǎng)強(qiáng)度使這一影響更為顯著;低場(chǎng)強(qiáng)下附著系數(shù)隨濕度增大，高場(chǎng)強(qiáng)下隨濕度減小;光子吸收系數(shù)隨濕度增大;電子和正離子漂移速度分別隨濕度增大和減小，大的電場(chǎng)強(qiáng)度使這一效應(yīng)減小。此外，計(jì)算分析了濕度對(duì)導(dǎo)體外電離層的影響。結(jié)果表明，電離層半徑隨著濕度的增大而減小。
　　(3)基于電離層內(nèi)

5、電荷數(shù)量密度一維數(shù)學(xué)模型，計(jì)算分析了濕度對(duì)電離層內(nèi)電流密度的影響，得到以下結(jié)果:對(duì)于大半徑正極性導(dǎo)體，電流密度均隨濕度減小，導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度的增加使這一效應(yīng)增強(qiáng);對(duì)于小半徑正極性導(dǎo)體，電流密度隨濕度的變化基本上呈現(xiàn)先減小后增大的特征。電流密度隨濕度減小時(shí)，導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度的增大使這一效應(yīng)減弱。電流密度隨濕度增大時(shí)，導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度的增大使這一效應(yīng)增強(qiáng)。對(duì)于負(fù)極性導(dǎo)體，電流密度均隨濕度增大，且這一效應(yīng)隨導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度增大而增大。

6、　　(4)湯生第二電離系數(shù)是描述負(fù)直流電暈放電的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。本文研究了不同濕度下，導(dǎo)體表面水分子的吸附對(duì)導(dǎo)體逸出功的影響，在此基礎(chǔ)上給出了一個(gè)考慮空氣濕度的湯生第二電離系數(shù)的計(jì)算方法，應(yīng)用該方法計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合很好。這一方法對(duì)于考慮導(dǎo)體表面水分子吸附時(shí)導(dǎo)體放電的研究具有重要的理論意義。
　　(5)Peek公式由于它的簡(jiǎn)單和解析的特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)一直被用來(lái)估計(jì)導(dǎo)體電暈起始場(chǎng)強(qiáng)。然而，該公式的局限是未考慮空氣濕度的影響。目前，尚未

7、有一個(gè)較好地估計(jì)考慮空氣濕度影響的電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的解析表達(dá)式?；趯?duì)導(dǎo)體電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的分解，對(duì)考慮濕度的電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的構(gòu)成作了理論分析和推導(dǎo)，結(jié)合應(yīng)用導(dǎo)體電暈起始判據(jù)的不同濕度下的電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的系統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算，對(duì)Peek公式作了修正，分別給出了考慮空氣濕度的正極性和負(fù)極性導(dǎo)體電暈起始場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算的修正的Peek公式?；谛拚腜eek公式計(jì)算的不同濕度電暈起始場(chǎng)強(qiáng)與報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合很好。因此，本文給出的修正的Peek公式為不同空氣濕度下的導(dǎo)

8、體電暈起始場(chǎng)強(qiáng)提供了一個(gè)有效可行的理論估計(jì)。
　　(6)基于本文給出的修正的Peek公式，系統(tǒng)地計(jì)算分析了空氣濕度對(duì)電暈可聽(tīng)噪聲、電暈損耗以及無(wú)線電干擾等電暈效應(yīng)的影響，得到了如下結(jié)果。
　　濕度對(duì)電暈可聽(tīng)噪聲的影響:對(duì)于不同半徑正極性導(dǎo)體，大的半徑和小的半徑下A聲計(jì)聲功率級(jí)(PWL)分別隨濕度減小和增大。對(duì)于不同半徑負(fù)極性導(dǎo)體，PWL基本上隨濕度增加，只是與大半徑導(dǎo)體相比，對(duì)于小半徑導(dǎo)體濕度對(duì)PWL的影響更為顯著。對(duì)于不同

9、半徑和不同極性的導(dǎo)體，濕度對(duì)L50聲級(jí)(SLA)的影響基本一致，即SLA隨濕度的增加而增加。
　　濕度對(duì)電暈損耗的影響:對(duì)正極性導(dǎo)體，大半徑和小半徑導(dǎo)體的電暈損耗分別隨濕度減小和增大。對(duì)于負(fù)極性導(dǎo)體，大半徑導(dǎo)體的電暈損耗隨濕度的增加先減小后增大，小半徑導(dǎo)體的電暈損耗隨濕度增大。
　　濕度對(duì)電暈無(wú)線電干擾水平的影響:正極性導(dǎo)體電暈產(chǎn)生的無(wú)線電干擾水平隨濕度減小。對(duì)于大半徑導(dǎo)體以及大的導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度，濕度對(duì)無(wú)線電干擾水平的影響