直流正极性下导线电晕放电特性及影响因素的研究

摘要

电晕放电效应产生的电磁环境污染是目前输电线路设计、建设和运行没有很好解决的技术关键。随着我国特高压输电工程的规划和建设，越来越多的特高压输电线路将不可避免穿越高海拔地区，由于海拔高、气压低等因素的作用，高海拔地区输电线路的电晕效应及其影响比平原地区更为严重。因此研究高海拔地区输电线路导线电晕特性、放电机理及其影响因素具有重要的学术意义和工程应用价值。
　　 本文依托国家自然科学基金项目(90510015)，在自行设计的小型电晕笼中模拟高海拔地区的大气参数，利用基于虚拟仪器Labview的电晕电流采集系统以及紫外线成像仪捕获的放电光子量，对直流正极性光滑导线进行系统的电晕特性试验。论文明确了观测距离和仪器增益对紫外成像仪检测结果的影响，确定了适合本研究的紫外成像仪仪器参数的设置。利用小波变换对采集到的电晕放电脉冲中混杂的噪声信号进行抑制以提高信噪比，应用气体放电和数理统计相关理论，分析了气压和湿度对导线电晕特性(电晕起始电压、辉光放电电压、放电脉冲幅值和频率、单个脉冲波形以及放电形态)的影响规律，并尝试通过对空间电荷的迁移和扩散的定量计算进一步揭示了导致电晕放电脉冲表现出不同特性的本质因素。提出了基于相对气压和比湿的两种导线电晕起始电压大气条件修正公式，并和其他研究者的计算结果进行了比较分析。
　　 同时针对现有的电晕放电物理模型较少综合考虑气压湿度对电晕起始电压影响的情况。结合气体放电理论，建立了计及气压和湿度影响的钢芯铝绞线和光滑导线电晕起始电压的计算模型，从机理上得到了气压、湿度、绞线外径、最外层股数及绞线表面粗糙度对电晕起始电压的影响规律。论文研究表明：
　　 导线电晕起始电压随着气压降低，湿度升高而减小。随着气压和湿度的降低，起始放电更容易形成辉光放电。放电脉冲幅值随着湿度增大而减小，但随着气压降低呈先增大后减小的趋势。随着外施电压的增大，流注脉冲平均频率呈先增大后减小的趋势。流注脉冲频率最大值随湿度的升高迅速增大，但随气压降低而增大的趋势并不十分明显。单个放电脉冲的持续时间受气压湿度影响不明显，但脉冲的波头时间随气压和湿度的升高呈增大趋势。放电活动的强弱随湿度增大、气压降低呈减弱的趋势。
　　 空间电荷在电晕放电过程中扮演着极其重要的作用，电晕放电脉冲特性(脉冲幅值及时间间隔)均与空间电荷的迁移和扩散有关。
　　 绞线电晕起始电压随空气密度下降、绝对湿度升高而减小的主要原因是空气密度降低导致电离层厚度增大、湿度升高引起光子吸收系数增大及高场强区域内碰撞电离能力增强。绞线电晕起始电压随外径增大而升高并逐渐呈现出饱和趋势。绞线最外层股数愈多、每股铝绞线愈细，电晕起始特性愈接近光滑导线。同等条件下，绞线电晕起始电压低于光滑铜管，这是因为绞线表面场强分布与模拟铜管存在一定差异。绞线表面粗糙度系数与绞入率呈负指数函数关系，特征指数同绞线外径相关。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1电晕起始电压的判定和评测

1.2.2大气参数对电晕起始电压的影响及计算模型

1.2.3大气参数对电晕电流的影响

1.2.4紫外成像仪在电晕放电检测中的应用

1.3本文研究的主要内容

1.4本章小结

2电晕试验测量系统及试验方法

2.1电晕放电试验系统简介

2.1.1试验系统

2.1.2试验电源

2.1.3试品选择及电晕笼设计

2.3电晕放电信号采集与检测

2.3.1电晕电流脉冲信号采集

2.3.2电晕放电紫外信号的检测

2.4大气参数控制及测量

2.5试验步骤及抗干扰措施

2.5.1试验步骤

2.5.2抗干扰措施

2.6数据处理分析方法

2.6.1小波阈值去除白噪的基本方法

2.6.2小波阈值的选取及阈值化方法

2.6.3小波基和小波分解层的选择

2.7小结

3气压和湿度对光滑导线正极性直流电晕特性的影响

3.1正直流电晕起始电压随气压湿度的变化

3.1.1电晕起始电压的判断方法

3.1.2试验结果及电晕起始电压校正方法

3.1.3与现有文献研究结果的比较

3.2电晕辉光放电电压与气压和湿度的关系

3.3平均放电脉冲幅值与气压湿度的关系

3.4流注脉冲平均频率随气压湿度的变化

3.5电晕脉冲波形与气压湿度的关系

3.6电晕起始放电形态与气压湿度的关系

3.7正直流电晕光子量-电压关系随气压湿度变化的研究

3.8放电脉冲的形成及空间电荷对其的影响

3.9本章小结

4直流正极性下绞线电晕起始特性及影响因素研究

4.1电晕试验中所用的试验装置

4.2试验方法及起晕电压判据

4.3绞线周围电场分布计算

4.4正直流电晕起始物理过程及模型

4.4.1电晕起始的物理过程

4.4.2电晕起始的光电离模型

4.4.3模型中计算参数的选取

4.5计算结果和试验结果

4.5.1电晕起始电压与相对空气密度的关系

4.5.2电晕起始电压与绝对湿度的关系

4.5.3电晕起始电压与绞线半径和最外层股数关系

4.6绞线表面粗糙度系数探讨

4.7本章小结

5结论

致 谢

参考文献

附 录