海拔对电晕笼中导线直流电晕特性的影响

海拔对电晕笼中导线直流电晕特性的影响
作者：马骁
来源：《中国新技术新产品》2011年第24期
摘要：我国第一条±800kV特高压直流输电线路的建设已经启动。

电晕效应是特高压输电线路设计中所考虑的关键问题之一，海拔对直流导线电晕影响规律是特高压直流输电线路设计的依据。

本文利用大电晕笼和型号为630/45的钢芯铝绞线为试验模型，分别在低海拔和高海拔两个试验基地进行试验。

关键词：特高压；电晕效应；海拔
中图分类号： F407.6 文献标识码：A
引言
发展特高压电网是为了解决中国能源与生产力布局的不均衡问题。

中国三分之二以上的可开发水能资源分布在西南地区，三分之二以上煤炭资源分布在山西、陕西，而东部地区经济发达，能源资源匮乏，造成中、东部地区不得不大量建设煤电项目，加剧了煤炭供应和交通运输的紧张局面，并降低了能源配置效率。

同时，区域电网之间水火互济和跨流域补偿能力也明显不足，造成华中丰水期弃水、枯水期缺电的严重局面。

鉴于以上原因，客观上需要长距离、大容量的特高压输电技术，特高压电网建设呼之欲出。

为实现“西电东送、南北互供、全国联网”的战略目标，解决电网中存在的安全稳定性、网架结构、输电走廊、短路电流等重大问题，采用特高压输电是我国电网发展的必然趋势[1-3]。

发展特高压电网中三大关键技术问题必须进行深入研究：a.特高压电晕效应；b.特高压绝缘及要求；c.电磁场及其影响[4]。

特高压交直流输电线路的电晕将会造成电晕电流、电晕损耗、无线电干扰和电晕声音等多方面的后果，和输电线路电磁环境直接相关。

而电压等级发展到特高压阶段，电磁环境问题已成为特高压交直流输电线路设计、建设和运行中必须考虑的重大技术问题。

目前国内第一条1000kV的交流示范线路已经开工，世界最高电压等级的±800kv直流输电工程也即将付诸实施，我国的特高压电网建设已经全面启动。

依托特高压试验基地开展特高压试验研究，为特高压工程建设提供设计依据是非常重要的环节，尤其是电磁环境问题的试验研究更是迫在眉睫。

1 试验方法与测量设备
本文介绍在气压罐中以及在武汉，昆明两地开展直流电晕实验所使用的设备，以及导线电晕特性的测量方法，建立了一套直流电晕试验测量系统，包括直流电晕放电试验系统、直流电晕信号检测采集系统，试验系统示意图如图1所示。

试验采用的直流电源由一台50kV工频变压器和两极倍压电路组成，额定输出容量3kW，额定输出电压±300kV，额定输出电流10mA。

并采用采用国际上流行的钢骨架-金属网结构电晕笼，电晕笼方形截面边长1.2米-2米可调、总长4米的电晕笼，它由长3米的测量段和两个0.5米的防护段三段组成，如图2所示。

试验中所用到测量仪器以及相关参数如表1所示。

直流导线电晕笼试验测量的参数有：可听噪声，无线电干扰，电晕电流。

2 试验结果
本文利用在低海拔（武汉），高海拔（昆明）地区所搭建的直流电晕特性试验测量系统平台对直流导线在正极性电压作用下电晕特性随气压的变化情况进行了研究。

做出了随着气压的变化导线的电晕特性的曲线，并进行了相关的分析。

并得出该试验对中国特高压建设的指导意义。

2.1 可听噪声的对比分析
导线在正极性电压作用下A计权可听噪声随气压的变化如图2.1所示。

图中黑线代表昆明的试验结果，红线代表在武汉的试验结果。

从图中我们可以看出，导线在电压一定的情况下，可听噪声随着气压的减少而增大。

当电压为210kV时，在昆明导线已经全线起晕，而在武汉则未起晕。

且在正极性电压作用下，导线全线起晕后，在昆明测得的可听噪声值比在武汉的要大。

故导线正极性A计权可听噪声的气压变化系数约为－0.66dB/kPa。

也就是说，气压每增大1kPa正极性导线可听噪声值减少0.66 dB。

以武汉试验数据为基准，其变化百分比为1.4%。

2.2 无线电干扰的对比分析
导线在正极性电压作用下无线电干扰随气压的变化如图2.2所示。

图中黑线代表昆明的试验结果，红线代表在武汉的试验结果。

从图中我们可以看出，当导线电压一定时，导线在起晕前无线电干扰值随着气压的减少而增大，当导线剧烈起晕后，无线电干扰随着气压的增大而增大。

当电压为210kV时，在昆明导线已经全线起晕，而在武汉则未起晕。

无限电干扰值在武汉测得的值要比在昆明时变化要剧烈。

为了对比气压对正极性导线无线电干扰的影响，特作出武汉，昆明随电压变化的表格，如下所示：
故正极性导线无线电干扰值的气压变化系数约为－3.9mA/kPa。

也就是说，气压每增大
1kPa正极性导线无线电干扰值减少3.9 mA。

以武汉试验数据为基准，其变化百分比为
0.89%。

2.3 电晕电流的对比分析
导线在正极性电压作用下电晕电流随气压的变化如图2.3所示。

图中黑线代表昆明的试验结果，红线代表在武汉的试验结果。

从图中我们可以看出，当导线电压一定时，导线的电晕电流值随着气压的增大而减小。

且在昆明时电晕电流随电压的变化情况比在武汉时要剧烈。

当电压为210kV时，在昆明导线已经全线起晕，而在武汉则未起晕。

电晕电流值在武汉测得的值要比在昆明时变化要剧烈。

故正极性导线电晕电流值的气压变化系数约为－6.5 uA /kPa。

也就是说，气压每增大1kPa 正极性导线电晕电流值减少6.5u A。

以武汉试验数据为基准，其变化百分比为72%。

3 结论
通过大量的试验我们可以得出得出大电晕笼中正极性直流导线在相同的电压作用下，气压每下降1kPa，导线的可听噪声值增加0.383V,无线电干扰值增加3.9mA，电晕电流值增加
6.5uA。

其原因主要是随着气压的减小，空气密度逐渐变稀薄导致电子平均自由程增大，容易产生电子崩。

这也导致在相同电压作用下，伴随导线电晕出现的可听噪声，无线电干扰，电晕电流值均随着气压的降低有着不同程度的增加。

4 试验的指导意义
4.1 对气压影响趋势的验证
当气体中存在电场时，其中的电子将具有复杂的运动轨迹，它们一方面与中性的气体粒子（原子或分子）一样，进行着混乱热运动，另一方面又将沿着电场作定向漂移。

电子的平均自由行程长度可用公式（4-1）表示：
式中 p-气压，Pa；T-温度，K；k-波尔兹曼常数；k＝1.38×10-23J/K；r-气体分子的半径。

从上式中可以看出电子的平均自由程λ与气温T成正比，与气压p成反比。

当温度T为定值时，λ与p成反相关系。

当气压p降低时，λ增大，在相邻两次碰撞之间，电子积聚到足够动能的概率增大，容易形成电子崩而出现电晕现象，故起晕电压降低。

试验结果表明导线在高海拔地区容易起晕。

4.2 对特高压输电线路设计的作用
文中利用大电晕笼分别在不同海拔地区进行大量试验，得出海拔（主要是气压）对正极性直流导线电晕特性的影响规律，得出电晕特性中可听噪声，无线电干扰，电晕电流随气压的变化规律，进而其得出变化百分比，这对实际线路中出现的电磁环境问题提供了技术支持，便于进一步修正海拔对导线电晕特性的影响参数。

气压对导线电晕特性的影响决定于气压对导线起晕电压的影响。

通过研究，导线起晕电压随气压的降低而降低，我们特高压线路很多都要经过高海拔地区，因此对于特高压直流项目建设来说，在选择导线时，应考虑当地的海拔高度能不能使导线产生电晕，或者导线电晕的情况是否会对居民生活噪声影响，而且应留出一定的裕度。

参考文献
[1]毛文奇，刘海燕，徐华，黄文武．特高压输电对环境影响的讨论[J]．电力建设，2004，25（8）：54~56.
[2]虞菊英．我国特高压交流输电研究现状[J]．高电压技术，2005，31（12）：23~25.
[3]吴维宁，胡毅．特高压输电技术的研究与我国电网的发展[J]．高电压技术，2003，29（9）：16~18.
[4]谢书勇，刘成，李政．超高压输电导线起始电晕电压测量方法的探讨[J]．高压电器，1989，12（6）：39~41.。