导线污秽对高压直流输电线路电晕特性的影响_赵宇明

导线污秽对高压直流输电线路电晕特性的影响赵宇明,麻敏华,关志成,惠建峰,王黎明,李秋玮(清华大学深圳研究生院,深圳518055)摘 要:高压直流架空线路导线表面附着的污秽物质会影响线路的电晕特性,而目前我国采用的线路电晕对环境影响的经验公式只考虑了导线表面场强和线路结构,为此利用116m @116m 小电晕笼进行直流线路导线涂污实验,导线外径214cm,使用3种成分的状态的干燥涂污。

实验结果表明,在?500kV 高压直流线路表面场强附近,污秽物质使得离子电流和正极性导线可听噪声显著增加。

导线电晕特性与污秽物质的成分密切相关,且有明显的极性效应。

结合电晕图像和电晕脉冲测量数据,解释了涂污导线电晕特性变化的原因,并对下一阶段的研究工作予以展望。

关键词:导线电晕;高压直流输电;污秽;可听噪声;离子电流;电晕损耗中图分类号:T M 862文献标志码:A 文章编号:1003-6520(2007)12-0049-06基金资助项目:国家自然科学基金(90210030)。

Project Su pported by National Natural Science Foundation of C hina(90210030).Influence of C ontaminations of the Conductor on HVDCTransmission Line Corona CharacteristicsZH AO Yu -ming ,M A Min -hua,GUAN Zh-i cheng ,H UI Jian -feng ,WA NG L-i ming,LI Qiu -w ei(Gr aduate Schoo l o f Shenzhen,T singhua University,Shenzhen 518055,China)Abstract:T he contaminatio ns adher ing to the surface o f H V DC o verhead tr ansmissio n line affect the co nductor cor o -na char acteristics.T he ar tificial pollutio n ex per iment s of DC transmission line w ere carr ied out in a small cor ona cag e,and ex per imenta l par ameters w ere selected in the seco nd sectio n.T he ex per imental results reveal that the con -taminations on the conducto r sur face can incr ease the ion cur rent and the audible no ise o f po sitiv e polarity conductor obvio usly under the electr ic field of HV DC 500kV t ransmission line.Co rona char acter istics change w it h different co ntam inat ions'co mpo nents,and the po lar ity effect is o bv ious.F acto rs that affect the cor ona char acteristics of con -taminated conductor are illustrated combined w ith coro na photo gr aphs and measur ement datum o f the cor ona pulse.T he nex t -phase research is intr oduced in t he last sectio n.Key words:co nducto r cor ona;H V DC;contaminatio ns;audible noise;ion curr ent;co ro na loss0 引 言采用更高电压等级输电,提高输电的经济性是我国电力行业面临的重要课题。

目前,输电工程的电磁环境问题日益受到关注,已成为影响超、特高压输电线路结构和建设费用的重要因素[1,2]。

输电线路的环境问题与导线电晕密切相关,导线电晕会对线路经过地区的周边环境产生电场效应、无线电干扰和可听噪声等影响,并引起电晕损耗[3-6]。

长期研究表明,>500kV 电压等级输电线路的设计将受到线路可听噪声的制约。

与交流输电线路相比,直流输电线路容易吸附和积累污秽。

国外研究人员曾经通过在实验线路上涂抹污秽物质或砂粒,研究导线表面涂污情况下直流电晕离子电流和电晕起始电压的变化规律,得到了一些有意义的结论[7,8]。

我国超、特高压直流通道上的部分地区环境污染比较严重,长期运行于这些地区的高压直流输电线路的导线表面会积累大量的污秽。

污秽物质会对线路的电晕特性和电晕起始电压产生显著影响。

目前,我国基本上采用国外已有的经验公式来计算线路电晕对环境造成的影响,这些经验公式只考虑了导线表面场强和线路结构,而没有考虑导线表面污秽物质的影响[5]。

因此,深入研究导线表面涂污情况下直流线路的电晕特性,对指导污染严重地区高压直流输电线路的设计和建设具有重要意义。

使用电晕笼开展了不同积污情况下导线电晕的实验研究,测量了大量直流电晕离子电流和可听噪声数据。

本文首先介绍了导线涂污实验的方法和参数;然后通过对比不同表面状态下电晕特性的测量数据,结合电晕照片和电晕脉冲测量数据,探讨了导线污秽对直流电晕离子电流和可听噪声的影响规律;并指出了下一阶段需要开展的工作。

1 电晕特性实验1.1 实验装置电晕笼是研究导线电晕特性的重要实验设备。

#49#第33卷第12期2007年 12月高 电 压 技 术H igh Voltag e Engineering Vol.33No.12Dec. 2007它可以在较低的实验电压下方便地测量交直流输电线路的各种电晕特性[9-11]。

在实验室中使用自行研制的小电晕笼[12](见图1)开展导线涂污条件下的电晕特性实验研究。

实验重点研究了电晕产生的离子电流和可听噪声两项指标,同时记录了不同涂污条件下电晕脉冲的波形数据。

在电晕笼的中心位置放置一根型号为LGJ300-40的钢芯铝绞线,导线外径214cm;电晕笼的截面设定为116m@116m。

实验中,使用串接在笼壁和地之间的微电流计测量电晕产生的离子电流,见图2(a);使用噪声分析仪和自由场麦克风测量可听噪声,麦克风距离导线3m且指向导线,见图2(b)。

1.2污秽物质实验中,在导线表面用毛刷均匀地涂抹一层人工污秽来模拟实际线路表面附着的污秽物质。

为便于定量描述污秽物质的成分和浓度,实验设计时参考绝缘子污秽实验方法,按照单位表面积污秽物质的质量来确定导线表面涂污的量[13]。

为研究不同污秽物质对导线电晕特性造成的影响,实验共测量了3种涂污导线的电晕特性:1)灰。

使用高岭土或硅藻土模拟附着于导线表面的灰尘,污秽物质密度为015mg/cm2。

对比实验表明,在导线表面涂抹高岭土和硅藻土,两者的电晕特性没有显著的差别。

2)灰+盐。

使用含有氯化钠的高岭土模拟含电解质的污秽物质,污秽物质的密度为高岭土015 mg/cm2,氯化钠012m g/cm2。

3)灰+盐+碳粉。

在污秽物质中添加少量碳粉,模拟煤烟或导线表面碳化的有机物质,污秽物质的密度为高岭土015m g/cm2,氯化钠012mg/cm2,碳0101m g/cm2。

为进行对比,还测量了干净导线的电晕特性,实验前导线表面用水清洗干净并处于干燥状态。

1.3实验环境小电晕笼放置在清华大学深圳研究生院的实验室内。

实验期间,环境温度19~25b C,相对湿度40%~80%,气压10014~10019kPa,近似为一个标准大气压。

为了维持导线表面污秽物质的密度,没有进行淋雨实验,导线表面始终处于干燥状态。

由于实验在室内开展,没有空气流动的影响。

1.4实验方法实验采用逐级升压法,电压从50kV升到240 kV,每隔10kV测量一次电晕特性,从而获得离子电流和声压级随电压变化的曲线。

由于小电晕笼只能进行单极性导线实验,每次实验需交替测量正、负图1实验用的小电晕笼Fig.1C orona cage used in the experiment图2导线电晕特性的测量Fig.2Conductor corona eff ect measurement极性导线的电晕特性。

每次实验前,导线在较高的电压下运行1~2m in,去除导线表面可能存在的其他附着物。

参考IEEE的电晕可听噪声测量标准[14],为了降低背景噪声对测量的影响(如实验电源的交流声,通风设备的噪音等),同时测量8kH z倍频程的噪声声压级,该声压级可以用来精确地表征可听噪声与实验电压之间的关系。

2测量数据2.1离子电流电晕在导线周围的空间中产生大量的离子,与导线极性相同的离子受到电场力的作用飞向电晕笼壁,并被笼壁截获形成离子电流。

对于直流线路,电晕损耗主要是电场对空间离子做功,因此测量电晕放电产生的离子电流,对于确定实际线路的电晕损耗具有重要意义。

图3显示的是不同导线表面状态下,离子电流i ion随实验电压U变化的曲线,用半对数坐标表示。

#50#Dec.2007H igh Voltage Engineering Vol.33No.12图3 电晕离子电流Fig.3 C orona ion current由于电晕放电受诸多因素的影响,离子电流值会在一定范围内波动,图3显示的就是多次实验测量的离子电流的变化范围。

为了便于与实际高压直流线路对比,图中用虚线标出了使用相同型号导线的?500kV 葛)上直流输电线路导线表面场强所对应的实验电压[5]。

实验结果表明,在实际运行线路的表面场强附近,正负极性导线的离子电流相差很小,因此不同极性导线的电晕损耗基本相同;涂污导线的离子电流明显大于干净导线,如果污秽物质中存在盐分,其离子电流的数值比干净导线将增大两个数量级。

这说明含有电解质的污秽物质显著地促进了电晕放电的发展,从而产生更多的离子。

实验结果还表明,污秽中微量的碳粉没有造成离子电流的显著变化。

在导线起晕前,空气中存在的少量离子在电场的作用下形成电流,离子电流随电压缓慢增长;电晕起始后产生大量离子,离子电流曲线随着电压呈二次方增长。