（电气工程专业论文）长寿—武隆220kv线路电晕放电特性及抑制措施研究.pdf

重庆人学i 拌硕十学位论文 中文摘要 摘要 长寿一武隆2 2 0k v 线路全长1 1 8 公里，部分线路跨越海拔1 0 0 0m 以上地区， 气候条件恶劣，湿度大，雨雾天气严重。带电运行的导线、绝缘子、金具等部件 容易产生电晕放电，产生无线电干扰和可听噪声，电晕还严重威胁到长武线的运 行安全。研究长寿一武隆2 2 0k v 线路电晕放电特性及防晕措施是急需解决的问题， 具有重要的工程意义。 本文研究的主要内容有： ( 1 ) 改变人工气候室内的温度、湿度、气压，模拟降雨等气象条件，对不 同直径的模拟导线进行电晕试验，研究起晕电压与湿度、空气密度及表面状态的 关系。 ( 2 ) 针对长武2 2 0 k v 线路的气象特征，对导线的电晕情况使用模拟试验的 结论进行分析，并与实际情况进行对照。 ( 3 ) 使用紫外线成像仪对长武线变电站、绝缘子等进行观测，并提出相应 的防晕措施。 本文得到了以下主要成果： ( 1 ) 得出导线起晕电压与相对空气密度的关系； ( 2 ) 湿度对导线起晕电压的影响可以从湿度影响导线表面电场的畸变程 度、湿度影响电子崩的发展规模两个方面进行解释。 ( 3 ) 得出在淋雨和覆有薄冰情况下导线表面的粗糙度系数； ( 4 ) 得出了不同直径导线起晕电压随湿度、空气密度等的预测公式及淋雨 情况下的预测公式。根据长武2 2 0 k v 线路的气象特征判断线路导线的电晕情况； ( 5 ) 导线积污可能会引起严重的电晕放电。分析了长武线某段积污严重线 路的电晕情况，并提出防晕的措施。 ( 6 ) 分析了长武2 2 0 k v 线路变电站、绝缘子的电晕放电情况并提出了相应 的防晕措施。指出对导线和绝缘子的电晕放电应予以辨j 下对待。 关键词：起晕电压，气象条件，导线，绝缘子，变电站 里壅叁堂! ! 型堡学位论文 英文摘要 a b s t r a c t t h e2 2 0k vt r a n s m i s s i o nl i n eb e t w e e nc h a n g s h o ua n dw u l o n g ，p a r to fw h i c h p a s st h ea r e a s10 0 0m e t e ra b o v es e al e v e l ，i s118k ml o n g w i t ha d v e r s ec l i m a t e ，t h e h u m i d i t yi sh i g h e rt h e r e ，s u f f e r i n gm u c hf o ga n dr a i n yw e a t h e r a sar e s u l t ，c o r o n a d is c h a r g e sa r ee a s i l yt oo c c u ro nc o n d u c t o r s ，i n s u l a t o r sa n dh a r d w a r ei ns e r v i c e a n d r a d i oi n t e r f e r e n c ea n da u d i b l es o u n do c c u r a sf o rc o r o n ad i s c h a r g e ，i ti sa g r e a tt h r e a t t os a f e t yo p e r a t i o no f2 2 0k vt r a n s m i s s i o nl i n e s i ti su r g e n ta n do fg r e a te n g i n e e r i n g s i g n i f i c a n c et os t u d yt h ec o r o n ad i s c h a r g ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec h a n g w u2 2 0k v t r a n s m i s s i o nl i n e ，a n dt os t u d yt h em e a s u r e st os u p p r e s sc o r o n a t h ep a p e rf o c u s e so n ： ( 1 ) s t u d y i n gt h er e l a t i o nb e t w e e nt h ec o r o n ao n s e tv o l t a g ea n dh u m i d i t y ，a i r d e n s i t ya n ds u r f a c ec o n d i t i o n so ft h ec o n d u c t o rb yc h a n g i n gt h et e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y ， a t m o s p h e r i cp r e s s u r ei nt h ea r t i f i c i a lc l i m a t ec h a m b e r ，s i m u l a t i n gr a i n f a l la n do t h e r m e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n s ( 2 ) a c c o r d i n gt ot h e m e t e o r o l o g i c a l c o n d i t i o n s a l o n gc h a n g w u2 2 0 k v t r a n s m i s s i o nl i n e ，t h ed i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ec o r o n ac h a r a c t e r i s t i c so ft h el i n eo nt h e b a s i so ft h es i m u l a t i n gt e s tr e s u l t t h ea n a l y s i sr e s u l t sa r ec o m p a r e dw i t ht h ea c t u a l s i t u a t i o n ( 3 ) m a k i n go b s e r v a t i o no ft h es u b s t a t i o n s ，i n s u l a t o r so fc h a n g w u2 2 0k v t r a n s m i s s i o nl i n eb yc o r o n ac a m e r a ，a n dp u t t i n gf o r w a r dc o r r e s p o n d i n gm e a s u r e st o s u p p r e s sc o r o n a t h em a i nr e s u l t sa r e ： ( 1 ) t h ed i s s e r t a t i o nm a k e sc l e a rt h er e l a t i o nb e t w e e nt h ec o r o n ao n s e tv o l t a g eo f c o n d u c t o ra n dr e l a t i v ea i rd e n s i t y ( 2 ) t h eh u m i d i t y se f f e c to nt h ec o r o n ao n s e tv o l t a g ec a nb ea n a l y z e df r o mt w o a s p e c t s o n ei st h a ti tc a u s e sd i s t o r t i o ni nt h ee l e c t r i cf i e l do nt h es u r f a c eo fl e a d ；t h e o t h e ri st h a ti ta f f e c t st h ee l e c t r o na v a l a n c h e ( 3 ) t h ed i s s e r t a t i o nc a l c u l a t e st h er o u g h n e s sc o e f f i c i e n to fl e a dg e t t i n gw e ti nt h e r a i no rc o v e r e dw i t ht h i ni c e ( 4 ) t h ed i s s e r t a t i o ng e t st h ep r e d i c t i n gf o r m u l af o rc o r o n ao n s e tv o l t a g eo f c o n d u c t o rw i t hd i f f e r e n td i a m e t e r s t h ec o r o n ao n s e tv o l t a g ec h a n g e sw h e nh u m i d i t y o ra i rd e n s i t yc h a n g e s ，o rw h e nt h ec o n d u c t o ri sg e t t i n gw e ti nt h er a i n a n dt h ec o r o n a 重庆人学i ：科硕十学位论文英文摘要 o fc o n d u c t o rc a nb ec o m p r e h e n d e db ys t u d y i n gt h em e t e o r o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c si nt h e a r e a st h e2 2 0k vt r a n s m i s s i o nl i n ep a s s e s ( 5 ) c o n d u c t o ru n d e rc o n t a m i n a t i o ni sl i k e l yt oc a u s eg r e a tc o r o n ad i s c h a r g e t h e d i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ec o r o n ad i s c h a r g ei np a r to ft h e2 2 0k vt r a n s m i s s i o nl i n ew h i c h i su n d e rg r e a tc o n t a m i n a t i o n ，a n dp u t sf o r w a r dc o r r e s p o n d i n gm e a s u r e st os u p p r e s s c o r o n a ( 6 ) t h ed i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ec o r o n ad i s c h a r g ei ns u b s t a t i o n s ，i n s u l a t o r sa n d p u t sf o r w a r da n t i c o r o n am e t h o d s a tt h es a m et i m e ，i ts u g g e s t sa na l l r o u n dv i e wo f c o r o n ad i s c h a r g eo fc o n d u c t o ra n di n s u l a t o r s k e yw o r d s ：c o r o n ao n s e tv o l t a g e ，m e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n ，c o n d u c t o r ，i n s u l a t o r ， s u b s t a t i o n i i i 独创性：声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特另l j ：j h 以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：而张哆 签字日期：彻年7 月z 罗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密( ) ，在上年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密() 。 ( 请只在上述一个括号内打“ ) 学位论文作者签名： 彳删 签字日期：矽汐年夕月2 乎日 导师签名： 识苏 签字日期：勿年夕肌鲴 重庆人学r ：稃硕十学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 论文研究的意义 超高压输电线路工程实际中经常会遇到电晕放电现象，当输电线路导线表面 的电场强度超过电晕的起始场强时，在导线表面就会产生电晕放电现象。输电线 路的电晕放电主要受线路本身特性的影响和环境因素( 如雨、雾、相对湿度的增 加) 的影响【l 】。工程实际中，电晕放电会带来很多不利影响，气体放电过程中的光、 声、热等效应以及化学效应等都能引起能量损失。电晕放电过程中，由于起始阶 段的放电特点，或高压较高时流注不断熄灭和重新爆发，会出现放电的脉冲现象， 因此电晕放电会形成高频电磁波，引起干扰。电晕放电还能使空气发生化学反应， 造成臭氧及氧化氮等产物，这些有害物质会严重影响输电线路附近居民的身体健 康【2 】o 长寿一武隆2 2 0k v 线路起于长寿变电站，止于武隆变电站，全长1 1 8 公里， 其中大部分线路都要跨越海拔在1 0 0 0m 以上的相对高海拔地区，气候条件恶劣， 湿度大，雨雾天气严重，相对湿度常年在8 0 以上，其中严重的时候超过9 0 ， 带电运行的导线、绝缘子、金具、防震锤等部件很容易就会产生电晕放电，不仅 引起输电线路能量损耗和大量的噪声干扰，电晕还严重威胁到长武线的运行安全。 研究长寿一武隆2 2 0k v 线路高海拔地区的电晕放电特性及采取何种措施抑止电晕 的危害己成为工程实际中亟待解决的问题。国内外已经对低海拔地区电晕放电特 性进行了大量的研究，但目前尚无系统和可供相对高海拔和高湿度地区超特高压 输电线路设计的应用基础理论和工程，而且由于电晕放电理论计算本身并不精确， 实际上电晕起始场强是根据由实验总结出来的经验公式计算的1 2 j ，由于试验和环境 条件的差异以及缺乏系统的理论研究，出现了多种电晕起始场强的计算公式1 3 j ，且 这些公式难以直接用于相对高海拔和高湿度地区工程实际领域。因此，进行长武 2 2 0k v 线路电晕放电特性分析，研究相对高海拔地区气压、空气密度、温度、湿 度等大气条件和空间电荷及电场分布等因素对电晕产生的影响机理，并由此提出 高海拔地区抑止电晕危害的措施，对完善电晕放电基础理论及工程实际中的运用 都有着重要的意义。 1 2 国内外研究现状 国内外学者及研究人员对电晕放电进行了大量的研究，对复杂气候地区的电 重庆人。学i ：样硕十学位论文 1 绪论 晕放电机理也作了一定的研究，以下将分电晕放电类型与理论、导线电晕起始电 压的研究和抑制电晕措施三个方面进行综述。 1 2 1 电晕放电类型与理论 在均匀电场中某处开始一定的电离后，常导致完全的过渡过程，建立起等离 子通道。在极不均匀电场中则不然，即使出现了许多局部的电离和激发过程，电 极之间并不击穿或导通，这一现象称为电晕。根据外加电压的极性，可将电晕分 为币电晕和负电晕两种【5 】。 ( 1 )正电晕 在冲击电压作用下，由于在几微秒内电压幅值就降到一半，f 离子空间电荷 的积累和漂移都可以忽略不计。施加电压时，从正棒极发出几个流注，随着时间 的发展，流注伸长并且加多，形成树枝状的放电。如果提高电压，流注仍将是放 电的唯一形式，一直过渡成电火花放电。 在直流电压下，空间电荷可以在电场中移动，有时积累为瞬变的或稳定的空 间电荷。当空间电荷稳定时，原来的电场要发生畸变。这种情况下的电晕可以分 为3 个阶段：起始流注；辉光。如果阳极周围积累了相当多的负离子空1 刚电 荷，断续的流注电晕将向稳定的辉光过渡；击穿流注。如果电场足够不均匀， 且间隙有足够的长度，放电将从辉光发展为这种断续的方式。这种流注比较亮而 长，会引起大量的噪声和无线电干扰。 ( 2 )负电晕 在冲击电压作用下，空间电荷对原电场的畸变不影响电离过程。将形成羽毛 状的电晕。这些羽毛状的分支是淡而弥散的，并且亮度不均匀。有时它们互相汇 合，组成一个亮区，很难将各个分支彼此区分。 在直流电压作用下，由于正离子空间电荷的作用，起现象和冲击电压有很大 的不同。首先将出现特里切尔脉冲【6 。7 1 。接着是阴极出现电流稳定的负辉光。电压 再提高，稳定的负辉光将继续存在，一直到电火花击穿；如果间隙较长，辉光和 电火花之间发生另一类型的电晕，称为负流注，呈刷状或羽毛状。 对于交流电压，在正常的运行电压下，电晕能暂时地出现于电压由负极性向 正极性转变的过程中；这时空间的负离子朝导线表面移动，并在与导线接触时放 出能量。细导线周围的负离子( 产生于负半周波) 的浓集，对下一j 下周波上正流 注的形成起抑制作用，这种抑制能显著的提高间隙的击穿强度。 电晕放电是一种自持放电形式。其放电理论主要是建立在汤逊理论和流注理 论德基础上。 1 9 0 3 年，汤逊( j s b t o w n s e n d ) 根据大量实验事实，提出了比较系统的气 体击穿理论1 4 j 。该理论认为，电极间电流急剧增长是出现了碰撞电离过程，产生了 2 重庆人学。i ：稃硕士学位论文1 绪论 电子崩，带电质点大增。0 【过程与y 过程同时引起的电流 一专 式中厶为外电离因素引起的起始光电流，d 为电极间距，0 l 与丫为电离系数。 汤逊还提出放电由非自持转入自持的条件 y ( e 倒一1 ) = 1f ，、 实验表明，汤逊理论虽然只是对p d 较小时的放电比较适用，但其中描述的基 本过程具有普遍意义 2 。 1 9 3 9 年，雷特( h r a e t h e r ) 用雾室进行试验，提出了流注理论，使气体击穿 理论向前发展了一步1 4 j 。汤逊理论有两个不可克服的缺陷，其一是击穿的形成时延。 当间隙上施加阈值电压以上的电压时，可以记录到1 0 - 8 秒的形成时延，这用汤逊 理论的任何一种二次作用都不能解释，这样短的时间排除了正负离子运动的参与 以及形成几代电子崩的可能性。其二是没有考虑电子崩引起的空间电荷的效应。 电子崩j 下离子的浓度可以达到很高的值，使原来的电场发生很大的畸变，引起局 部电子能量的加强，加剧了电离。在高p d 值时，电火花通道是曲折的，有时是分 枝的，汤逊理论也不能解释这种现象。在不均匀场中，特别是在大p d 值时，除了 放电通道不是直线外，阴极材料对击穿电压值的影响很小，或者没有影响，这与 汤逊理论也是矛盾的。雷特在雾室中研究电火花时发现，除了产生电子崩外，还 有其他过程参加，这在不均匀电场中更为明显，电离通道的形成与汤逊的电子崩 有着明显的不同，因此必定是发生了另一种过程。电离的通道是线状的、分枝的。 在不对称电极，不很高电压的情况下它就开始发展并可以伸到较长的距离，这种 现象称为“流注”。流注过程发展的很快，约为1 0 娟秒，它提供了时问很短的解释； 在汤逊理论中，忽略了空间电荷的作用，流注理论却把它看作是一种重要的作用。 1 2 2 电晕起始电压的研究 输电线路建设的时候要考虑电晕放电的影响，通过计算电晕的起始场强来决 定导线的半径和导线间的距离，但是至今为止，输电线路建设中考虑电晕的影响 时，仍然是应用1 9 2 9 年p e a k 所建立的p e a k 公式，而p e a k 公式未考虑大气条件如 雨、雾和高湿度等对电晕放电的影响，所以工程实际中，经常会遇到按p e a k 公式 计算不起电晕而实际电晕现象非常严重的情况。 1 9 2 9 年，f w p e a k 提出不同电极结构的电晕起始场强反的经验公式1 20 1 。他 按美国标准( 以7 6 0 m m h g 及2 5 作为标准状态) 提出平行导线的丘( 峰值) 具 有如下形式 重庆人学1 二稃i - i 硕七学位论文1 绪论 e c = 2 9 8 ( + 等) 叭m 式中，为导线半径，单位为c m 。并提出非标准状态下平行导线臣( 峰值) 的经验 公式为 耻2 蚰万( + 筹 k v ，c m 式中6 为空气的相对密度。 对同轴圆柱，电晕起始场强反( 峰值) 及起始电压以( 峰值) 耻3 6 ( + 筹) 眦m u 。：e g o 3 鹾 聊 噼 裂 19 0 广一一一一一 1 8 0 卜 1 7 0 o 1 6 0 卜 式nl 1 2 0f 1 1 0 1 0 0 - 9 。l l 。l 一。 o 6o 6o 70 80 9 相对空气密度6 图3 1 不同湿度下导线起晕电压与相对空气密度的关系( 铜管直径为1 6 m m ) f i g u r e 3 1r e l a t i o nb e t w e e nu oo fg ) 16 m m c o n d u c t o ra n d 万u n d e rd i f f e r e n th u m i d i t y 表3 1 特征指数刀随相对湿度风的变化关系( 铜管直径为1 6 r a m ) t a b l e 3 1r e l a t i o nb e t w e e nu 0 f o f 口16 m mc o n d u c t o ra n d8 h 风 门 l o o 1 9 4 o 6 7 l 8 8 4 - 3 1 8 30 7 4 8 7 4 + 4 1 7 8 0 7 6 8 6 5 4 - 3 1 5 30 8 2 5 从以上的实验结果中我们可以明显的看到，空气密度的下降会使铜管起晕电 压明显下降，而且随着湿度的的下降，相对空气密度对起晕电压的影响的特征指 数胛在上升。 为了保证以上结果的可靠性，对直径为2 5 m m 铜管的试验结果同样做了分析。 参照对直径为1 6 m m 铜管起晕电压的分析，作出了直径为2 5 m m 的铜管在不同湿 度下空气密度对起晕电压的影响的比较图( 图3 2 ) 。 重庆人学i ：程硕十学位论文 3 导线电晕特性模拟试验结果及影响冈素分析 者 。 型 掣 讲 裂 2 5 0r 2 3 0 r 2 l o - 1 9 07 相对空气密度6 图3 2 不同湿度下导线起晕电压与相对空气密度的关系图( 铜管直径为2 5 m m ) f i g u r e 3 2r e l a t i o nb e t w e e nu co f 中2 5 m mc o n d u c t o ra n d 艿u n d e rd i f f e r e n th u m i d i t y 相应的，对咖2 5 m m 铜管，不同湿度下相对空气密度影响起晕电压的特征指 数如表3 2 所示( 拟合系数在o 9 6 以上) 。 表3 2 特征指数n 随相对湿度硒的变化关系( 铜管直径为2 5 r a m ) t a b l e 3 2r e l a t i o nb e t w e e nu o ，no f 2 5 m mc o n d u c t o ra n d 风 r hu 0 n 9 8 士1 1 6 l0 。3 5 8 8 4 + 3 2 3 8 0 7 8 8 7 2 士4 2 5 60 8 4 9 6 5 + 3 2 6 2 0 8 5 8 从图3 2 和表3 2 我们可以得到和直径为1 6 m m 铜管相类似的起晕电压特性， 即：铜管起晕电压随空气密度的下降而下降。随着湿度下降而上升，相对空气密 度的特征指数在随湿度的下降而上升。 和表3 1 一样，表3 2 中明显的反映出特征指数随湿度的下降而上升，但上升 幅度越来越小。从图4 1 和图4 2 中我们可以看出，在相对湿度为1 0 0 左右时， 空气密度对起晕电压影响很小，其斜率明显小于其它几种湿度下的。这主要是因 1 6 重庆人学i ：程硕十学位论文3 导线电晕特性模拟试验结果及影响因素分析 为电晕是电子崩发展到一定规模的必然结果，水气起着负电性气体的作用，它有 吸附在水分子上捕获电子的亲和力。在较高的湿度下，空气中的水分子或分子团 能够通过电子的吸附作用抑制电子崩。湿度增加后会有更多的水汽集中于导线表 面，由于凝结的水珠附着在导线表面，使局部电场增强而导致电晕，因而起晕电 压变的更低。 3 1 2 相对空气密度对导线电晕放电影响的机理分析 空气密度与空气中所含的气体分子、离子数有关，空气中所含的分子、离子 数减少，空气密度变小，宏观上表现为气压的降低。气体分子密度刀( 单位体积中 的分子数) 越大，其中质点就越容易发生碰撞，因而它们的平均自由行程也就越 小。对于同一种气体，其分子密度正比于该气体的密度，于是可得质点自由行程 的关系： 丁 兄筐一p ( 3 3 ) 式中：a 为质点平均自由行程，尸为气压，r 为绝对温度。在本文的研究中，空气 温度的变化范围很小，空气密度的变化主要表现为气压的变化。该式说明质点平 均自由行程反比于气压，因此随气压的降低带电质点平均自由行程增加，带电质 点可在外电场作用下获得更大的动能，在与空中其它分子碰撞时，激发出自由电 子的几率大大增加，新产生的自由电子又可以在足够的自由行程中获得充足的能 量，进而在激发出更多的自由电子，使得导线周围电场中的有效带电质点增加， 从而使得起晕电压降低。另一方面由于气压降低，空气密度降低，空气中带电质 点的密度也降低，即是说带电质点与空气中其它气体分子发生碰撞的几率会减小， 从而使因分子碰撞而产生新的带电质点的几率减小，从这方面来讲，随气压降低 和空气密度降低气体击穿电压要升高。但在本文研究的气压范围内，前者占主要 方面，后者占次要方面。反映在本文中也就可以理解为起晕电压随相对空气密度 的降低而降低。 3 2 湿度对导线起晕电压的影响 湿度对导线起晕电压的影响是很复杂的。一般来讲，绝对湿度增加，空气中 的电子容易被水分子吸附变为负离子，速度减慢，从而使分子游离数减少，影响 电子崩的发展，因而会提高起晕电压。然而，也有观点认为1 2 引，绝对湿度增加， 使电晕放电电压降低，是由于水分子附着在被试品表面，使局部电场增强而导致 电晕。本文的试验也表明，导线起晕电压随湿度的增加有先增加后减小的趋势。 3 2 1 试验结果 由于重庆地区的湿度一般都在6 0 以上，且人工气候室内的湿度较难降低， 1 7 重庆人学f ：程硕士学位论文 3 导线电晕特性模拟试验结果及影响冈素分析 论文仅对直径为19 m m 的铜管在低湿度下进行试验。而对各种管径的铜管在6 0 的湿度以上进行了较系统的试验。图3 3 显示了1 9 m m 铜管在2 0 6 0 相对湿 度下的试验结果。 1 7 5 1 6 5 1 5 5 1 4 5 s 1 3 5 _ s 1 2 5 1 1 5r 。5i 9 5l 8 5 1 52 02 53 03 54 04 55 05 56 06 5 r a ( ) 图3 3 相对湿度与1 9 m m 铜管起晕电压的关系 f i g u r e 3 3r e l a t i o nb e t w e e nu o f19 m mc o n d u c t o ra n dr hu n d e rd i f f e r e n ta i rp r e s s u r e 由上图可以看出，当相对湿度在2 0 3 5 的范围内时，起晕电压随相对湿 度的增加而增加，但当相对湿度大于3 5 后，起晕电压则呈下降趋势。 但相对湿度大于6 0 时，论文进行了较系统的试验，各种管径的铜管表现出 了相同的电晕特性，图3 4 显示了1 6 m m 管径的铜管的试验结果。 由图3 4 可以看出，在该湿度范围内，起晕电压大体上随相对湿度的增加而 降低。有个别地方起晕电压随相对湿度的增加而降低，可能是试验的随机误差导 致。 3 2 2 湿度影响导线起晕电压的机理 湿度对导线起晕电压的影响可以从以下两个方面进行解释。 ( 1 ) 湿度影响铜管表面电场的畸变程度。在低湿度区由于水分子数很少，由 其吸附电子而形成的水负离子也可以忽略不计，则此相对湿度范围内铜管表面电 场的畸变可以忽略：随着相对湿度的增加，单位空气体积内的水分子数增加，其 吸附性也相应增加，水负离子增多且不均匀地附着在带电的铜管表面，铜管表面 电场的畸变增大，起晕电压降低。 重庆人学i ：科硕一卜学位论文3 导线电晕特性模拟试验结果及影响冈素分析 ( 2 ) 湿度对电子崩发展规模的影响。随着相对湿度的增加，绝对湿度增加， 单位空气体积内水分子数增加，水分子对电子的吸附性增大，电子崩的规模也随 之减小，在低湿度区可以看出起晕电压有所增加。 导线的起晕电压随相对湿度的增加出现先增加后降低的趋势，正是由于这两 个方面的原因相互作用的结果。但由于重庆地区的湿度较高，一般都在6 0 以上， 导线的起晕电压随相对湿度的增加呈下降趋势。 1 7 0 卜 1 5 0 甍1 3 0 b 1 l o 9 0 - 一p - - 9 7 7 4 k p a 卜p = 8 7 6 8 k p a 1 卜p = 7 7 7 2 k p a 令一p = 6 7 1 4 k p a 和p - 5 7 4 6 k p a 7 0 l一一一。一一； 6 06 57 07 58 08 59 0 9 51 0 0 只h ( ) 图3 4 相对湿度与1 6 m m 铜管起晕电压的关系 f i g u r e 3 4r e l a t i o nb e t w e e nu co f 16 m mc o n d u c t o ra n dr hu n d e rd i f f e r e n ta i rp r e s s u r e 3 3 淋雨及覆薄冰情况下导线的电晕特性 考虑到导线表面状况和天气的影响，皮克公式可以修正为： e c ：3 0 m l m 2 8 ( 1 + 雩1 k v c m ( 3 4 ) nr 0 ) 其中m l 为导线表面粗糙系数；m 2 为与天气情况有关的系数。由于在实验室 使用的是光滑铜管，因此可以认为m l = 1 。本论文研究了实验室模拟下雨及覆有薄 冰情况下的系数m 2 。 图3 5 和图3 6 分别表示1 5 。c 时和一1 时淋雨与未淋雨情况下光滑铜管的起晕 电压随气压比( p p o ) 的变化关系。 1 9 重庆人学i ：稃硕十学位论文3 导线电晕特性模拟试验结果及影响冈素分析 _ 、 邑 3 鹾 奇 啭 捌 邑 u 3 出 掣 噼 裂 1 7 0 广一 1 5 0 1 3 0 ll o 0 60 70 8 0 9 气压比尸尸。 图3 51 5 。c 时，在淋雨和未淋雨时，起晕电压与气压比的关系 f i g u r e 3 5r e l a t i o nb e t w e e nu 。a n dp 撂qu n d e rr a i no rn o tu n d e rr a i na t 15 。c 1 6 0 1 4 0 1 2 0 1 0 0 一 8 0 l l l 一 一。一 0 。60 7o ，80 9 气压比户伊。 图3 6 1 时，在等湿度下淋雨和未淋雨时，起晕电压与气压比的关系 f i g u r e 3 6r e l a t i o nb e t w e e nu ca n dp 漤qu n d e rr a i no rn o tu n d e rr a i na t 一1 c 2 0 重庆人学j 程硕七学位论文 3 导线电晕特性模拟试验结果及影响田索分析 列试骑数据进行数学拟合，得出1 5 c 时未淋雨情况下导线起晕电压与气压 比的关系可表示为： 州e s 。”5 b s ， 1 5 c 时淋雨情况下，起晕电压与气压比的关系可表示为： 州：s ”5 ， 而在- 1 时未淋雨情况下，起晕电压与气压比的关系可表示为： u , = 1 6 8 ( p p o 。” c ， 而在一1 时淋雨后，起晕电压与气压比的关系可表示为： _ 1 1 2 ( 3 8 ) 由此可见，淋雨情况下，起晕电压较未淋雨时低。且在未淋雨的情况下，虽 然温度由1 5 c 变为o c ，但起晕电压的变化很小。但在淋雨情况下，当温度由1 5 。c 变为o c 时，起晕电压则有所下降。究其原因，是因为在o c 时，铜管表面已经覆 上一层薄冰，且形成很多尖端，其锐度要大于水珠( 见图3 1 7 和图38 ) ，因而，其 起晕电压较低。在试验中我们也观察到，由于许多尖端的形成，会出现多个小电 晕点，其亮度较低，不易观测。因此可以认为，在本论文的试验条件下，与淋雨 情况下的导线比，覆薄冰后的导线具有更低的起晕电压，但其电晕点的放电没有 淋雨情况下的强烈。 图37 15 c 淋雨后铜管表面情况 倒3 1 80 淋雨后铜管表面情况 f i g u r e 37s u r f a c eo f c o p p e rp i p ea f t e rr a i na l i5 f i g u r e 38s u r f a c eo f c o p p e r p i p ea f t e rr a i na t o 出以上的分析可以得知，在15 。c 的环境条件下，淋雨后系数m z , l - 以表示为： 重庆人学t 程硕士学位论文3 导线电晕特性模拟试验结果及影响闪素分析 腕：丝： 2 u 。 1 2 6 r ! f 名 1 6 6 f ，三 t ? o o 7 6 阿2 8 9 ， 在1 时，淋雨后导线表面覆有薄冰，系数m 2 可表示为： u 以 2 贯2 1 1 2 f ，! f 名 1 6 8 f ，! t , s , o = = 。6 7 ( 丢) 一。3 7 6 c 3 。， 由此可见，在本论文的试验条件下，当覆有薄冰时，系数m 2 要低于淋雨后的 系数m 2 ，具有更低的起晕电压，其物理意义为覆冰后导线比淋雨后的导线更粗糙， 因而更易产生电晕。同时，可以发现，不论是对淋雨或是覆薄冰的导线，系数m 2 都是随气压的降低而升高的，其物理意义为：当气压较低的时候，气压对起晕电 压的影响起主要作用，而导线表面状况对起晕电压的影响变得相对较弱。 3 4 本章小结 通过对光滑导线模型在人工气候室内进行模拟试验，得出如下结论： ( 1 ) 导线起晕电压与相对空气密度呈幂指数关系，空气密度的下降会使铜 管起晕电压明显下降，而且随着湿度的的下降，相对空气密度对起晕电压的影响 的特征指数上升。 ( 2 ) 湿度对导线起晕电压的影响可以从湿度影响导线表面电场的畸变程 度、湿度影响电子崩的发展规模两个方面进行解释。导线的起晕电压随相对湿度 的增加出现先增加后降低的趋势，正是由于这两个方面的原因相互作用的结果。 重庆地区的湿度较高，一般都在6 0 以上，导线的起晕电压随相对湿度的增加呈 下降趋势。 ( 3 ) 得出在淋雨和覆有薄冰情况下的系数m 2 ：同时发现，不论是对淋雨或 是覆薄冰的导线，系数所2 都是随气压的降低而升高的，其物理意义为：当气压较 低的时候，气压对起晕电压的影响起主要作用，而导线表面状况对起晕电压的影 响变得相对较弱。 重庆人学+ l j 程硕+ 学位论文4 长武2 2 0 k v 输电线路电晕特性及防晕措施 4 长武2 2 0 k v 输电线路电晕特性及防晕措施 4 1 长武2 2 0 k v 线路介绍及走廊的气象特征 长武2 2 0 k v 线路包括： ( 1 ) 武酒线：武酒线于1 9 9 9 年建设投运；投入之初降压为11 0 k v 运行， 作为江口水电站的施工电源，起于2 2 0 k v 武隆变电站，止于1 1 0 k v 酒店变电站。 一般段新建2 2 0 k v 同塔双回线6 0 9 6 k m ，重冰区段新建2 2 0 k v 单回线左右回分别 为8 1 9 k m 、8 3 5 k i n ；新建双回直线塔9 7 基，双回耐张塔4 6 基，单回直线塔1 5 基，单回耐张塔3 2 基，共计1 9 0 基；线路曲折系数1 0 9 ：2 2 0 k v 轻冰区导地线分 别为l g j 4 0 0 3 5 ，j l b 3 8 0 ( 与o p g w ) 。2 2 0 k v 重冰区导地线分别为l g j 4 0 0 6 5 ， j l b 2 1 2 0 ( o p g w ) 。绝缘子采用l x y l 7 0 ，l x y - 1 0 0 ，l x h y 4 7 0 玻璃绝缘子； 最大使用档距1 0 9 7 m ；最小使用档距6 4 m ：平均使用档距4 0 9 m ：沿线高程： 2 3 3 m 1 3 3 0 m 。沿线地形、地貌：高山大岭占9 ，山地占7 3 ，丘陵占1 8 。沿 线地质：以灰岩、页岩为主：还有少部分的砂岩、泥岩。重要跨越：1 1 0 k v 线3 次，3 5 k v 线1 2 次，1 0 k v 线2 8 次；跨越公路3 8 次。 ( 2 ) 新武线：2 2 0 k v 新武线于2 0 0 0 年建成投运，线路自2 2 0 k v 东新村变 电站架设至铁炉沟与已建的2 2 0 千伏武酒线同塔双回段接通，新建同塔双回线长 3 3 8 9 k m ，单回线长0 8 3 k m ：新建单回直线塔与转角塔各1 基；双回转角塔1 3 基， 双回直线塔5 2 基；共计6 7 基。线路曲折系数：1 0 5 。新建一般段导线选用l g j 4 0 0 3 5 稀土锌铝合余镀层钢芯铝绞线；避雷线选用j l b 2 7 7 0 铝包钢绞线；跨越长江段导 线选用l g j 4 0 0 6 5 稀土锌铝合金镀层钢芯铝绞线；避雷线选用j l b 2 7 9 5 铝包钢绞 线。过江段采用1 0 吨双串防污型玻璃绝缘子，其他转角塔采用7 吨双串或单串防 污型玻璃绝缘子；过江段直线塔采用双串1 0 吨硅橡胶合成绝缘子，其他直线塔采 用单串1 0 吨硅橡胶合成绝缘子；跳线串采用单串7 吨防污型玻璃绝缘子。线路最 大档距：1 1 8 7 m 。线路最小档距：4 0 m 。沿线高程：2 0 0 7 2 5 m 。新建段地质主要为 砂岩和泥岩；砂岩占6 1 ，泥岩占3 3 ，土占6 ；沿线地形地貌：主要为丘陵地 形，丘陵占9 0 ；山地占1 0 。重要跨越：跨越长江1 次；2 2 0 k v 线1 次； 1 1 0 k v 线7 次；3 5 k v 线8 次；1 0 k v 线1 7 次；公路5 次。 ( 3 ) 2 2 0 k v 长武东西线：随5 0 0 k v 长寿变电站的新建，2 2 0 k v 新武双回线 通过原2 2 0 k v 代新东线( 长武西线) 和2 2 0 k v 新万联络线( 长武东线) 接入长寿 变电站，于2 0 0 1 年形成2 2 0 k v 长武东西线；其中长武东线线路亘长1 1 8 0 0 8 公里， 使用铁塔2 6 7 基；长武西线线路亘长1 1 8 7 0 5 公里，使用铁塔2 7 5 基。 由于该工程跨越幅面较大，而且高差起伏也较大。线路走廊气温变化范围为 重庆人学i ：程硕十学位论文 4 长武2 2 0 k v 输电线路电晕特性及防晕措施 一5 4 0 ，相对湿度变化范围为6 0 10 0 ，海拔变化范围为 2 3 0 13 3 0 m 最大风速3 0 m s 。通过搜集沿线气象资料，向当地农民了解历 年的下雪量、积雪时间、电线及电缆的结冰大小，以及观察植被的生长情况，水 气来源等等因素，综合分析出该线路仅在蒲板、车盘一带的气象条件较恶劣，因 此，该段设计覆冰选为2 0 r n m ，同时风速1 5 m s ，而在这一地段中又有一段，从地 形与高程等因素来看，覆冰根本达不到2 0 m m ，于是，这一小段选定设计覆冰l o m m ， 同时风速1o m s ；而2 2 0 k v 设计部分的其它线路部分因高差起伏较大，气象情况也 变化多端，因此这部分设计覆冰统一为l o m m ，同时风速为1 0 m s 。1 1 0 k v 设计部 分线路为临时线路，而且气象情况较好，设计覆冰选为5 m m 。 4 2 长武2 2 0 k v 线路导线的电晕特性 4 2 1 恶劣气候下导线的电晕特性 长武2 2 0 k v 线路轻冰区导线选取l g j 4 0 0 3 5 ，重冰区导线选取l g j 4 0 0 6 5 。 导线的特性参数如表4 1 所示。 表4 1 长武2 2 0 k v 线路导线参数 t a b l e 4 ip a r a m e t e r so f c o n d u c t o r so f c h a n g - w u2 2 0 k vt r a n s m i s s i o nl i n e 覆冰厚度截面外径直流电阻 导线型号 ( m m )( m m 2 )( m m )( q k m ) l g j 4 0 0 35lo4 2 5 2 42 6 8 2o 0 7 38 9 l gj 4 0 0 6 52 04 6 4 0 02 8 0 00 0 7 2 3 6 该线路设计