一種基于電暈籠的直流輸電線路電暈損失測試方法技術

本發明專利技術公開了一種基于電暈籠的直流輸電線路電暈損失測試方法，以電暈籠中導線與籠壁間距離為衡量距離，確定輸電線路導線周圍與電暈籠形狀相同的虛擬框的位置，基于仿真計算確定輸電線路導線在虛擬框處產生的電壓，將輸電線路導線電壓與虛擬框處產生的電壓相減，得到在電暈籠中施加在電暈籠中導線與電暈籠之間的等效電壓，將等效電壓施加在電暈籠中導線與電暈籠之間，測量電暈籠壁與其接地點之間引線的電流，將測得的電暈損失的電流乘以輸電線路導線電壓，得到輸電線路導線的電暈損失。本發明專利技術可以將直流電暈籠中電暈損失實驗結果可以直接用于實際線路，無需任何修正和折合。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及高電壓
，尤其涉及一種基于電暈籠的直流輸電線路電暈損失 測試方法。
技術介紹
電暈放電及其引用的電暈損失是輸電線路設計、建設和運行時需要考慮的關鍵問 題之一。電暈損失的根源是導線表面由于電場強度較高而引起的電暈放電，因此，研究電暈 損失需要同時監測導線對地電壓和導線電暈放電電流，最直接的方式是在投運的線路上開 展觀測研究。由于電暈放電受季節、氣候、天氣、海拔等因素的影響巨大，因此在線路上開展 研究需要經過多年的統計觀測才能獲得各種因素對電暈損失的影響規律，且得到的結果僅 適用于被測導線、給定電壓;對于其他導線、其他電壓下的情況還需要在相應的線路上開展 重復研究，人力、物力、時間等耗費巨大，對于未來將要建設的新線路，由于沒有測試對象， 無法開展有效測試。另一種研究電暈損失的手段是在模擬建造的實驗線段上開展研究，由 于模擬線段更換導線、改變電壓比較容易，因此對于未來將要建設的新線路，可以先在模擬 線段上開展預測研究，研究成本大大降低。但是實驗線段的實驗也需要經過多年的統計觀 測才能獲得季節、氣候、天氣、海拔等各種因素對電暈損失的影響規律，時間等耗費仍然巨 大。與實際線路和實驗線段測試相比，電暈籠具有投資小、試驗條件可控性強，試驗周期短、 無需高電壓實驗電源等特點，是研究電暈問題的有效工具。 目前，交流輸電線路的電暈損失研究已經大量依賴于電暈籠實驗。在交流電暈效 應的研究中，保持電暈籠中導線表面最大電場強度與輸電線路導線表面最大電場強度相 同，則二者的電暈程度相同。這是由于交流導線表面電暈放電產生的電荷僅在導線周圍很 小的區域做往復運動，無法跑到很遠的空間，電暈籠壁不會收到空間電荷，因此，電暈籠中 導線表面最大電場強度與輸電線路導線表面最大電場強度相同則意味著導線周圍空間的 電場強度分布也相同。由于電暈籠中導線對地的距離較近，導線在較低的電壓下表面即可 獲得較高的電場強度;因此電暈籠實驗需要的電源電壓可以較低。 但是在直流電暈的研究中，由于電暈電荷存在與整個空間，即使電暈籠中導線表 面最大電場強度與輸電線路導線表面最大電場強度相同，空間分布的電場卻不相同。由于 導線表面電暈不但受導線表面電場強度的影響，更受導線附近空間電場的影響，只有當表 面電場與附近空間電場都相同，電暈程度才能相同。因此直流電暈籠中僅僅以保持電暈籠 中導線表面最大電場強度與輸電線路導線表面最大電場強度相同來建立電暈籠實驗與實 際線路實驗的等效關系并不成立。加拿大魁北克水電研究所研究發現，在保持導線表面最 大標稱電場強度相同的條件下，電暈籠中導線程度要比輸電線路大。日本等其他研究機構 也得到了類似結論，所以說在保持導線表面最大電場強度相同的條件下，電暈籠中導線的 電暈要強于輸電線路。由于到目前為止國內外沒有建立起直流下電暈籠實驗與實際線路實 驗的等效方法，無法基于電暈籠實驗預測直流下實際線路的電暈損失，因此到目前為止國 內外缺乏直流輸電線路電暈損失的有效數據。電暈籠與輸電線路的電暈等效原理是使用電 暈籠來研究電暈問題的關鍵，但是目前為止，尚沒有很有效的直流電暈籠與輸電線路的電 暈等效方法。
技術實現思路
針對上述問題中存在的不足之處，本專利技術提供一種基于電暈籠的直流輸電線路電 暈損失測試方法。 為實現上述目的，本專利技術提供一種基于電暈籠的直流輸電線路電暈損失測試方 法，包括： 步驟一、以電暈籠中導線與籠壁間距離為衡量距離，確定輸電線路導線周圍與電 暈籠形狀相同的虛擬框的位置； 步驟二、基于仿真計算確定輸電線路導線在虛擬框處產生的電壓； 步驟三、將輸電線路導線電壓與虛擬框處產生的電壓相減，得到在電暈籠中施加 在電暈籠中導線與電暈籠之間的等效電壓；步驟四、將所述等效電壓施加在電暈籠中導線與電暈籠之間；步驟五、測量電暈籠壁與其接地點之間引線的電流，得到電暈損失的電流； 步驟六、將測得的電暈損失的電流乘以輸電線路導線電壓，得到輸電線路導線的 電暈損失。 作為本專利技術的進一步改進，所述步驟二中虛擬框處產生的電壓為虛擬框上所有點 的電壓值的電壓平均值。 作為本專利技術的進一步改進，所述步驟二包括： 仿真計算方法如下： 針對電暈放電空間離子流場的控制方程為：泊松方程 ν2Φ=-(ρ+-ρ?/ε〇 (1) 離子流方程 j+ = p+(-k+V?+ff) (2) j-= p-(-k-νΦ-W) (3) 電流連續性方程 V · j+ = -RpV/e (4) ▽ · j-= Rp+p-/e (5) 其中R為正負離子復合系數，e為電子電量，k為離子迀移率，Φ為標量電勢，P為電 荷密度，j為電流密度，W為風速，ε〇為空氣介電常數； 針對方程(1)~(5)，基于（1)使用有限元計算空間電場，基于(2)~(5)使用特征線 法計算空間電荷分布;兩個計算過程交替進行、互為初始值，直至電場分布收斂到穩定；以 電暈籠實驗中所用電暈籠與線路之間的相對位置為依據找出輸電線路導線周圍相同位置 的各點的電壓，并計算所有點位置電壓的電壓平均值，即為虛擬框處產生的電壓。 作為本專利技術的進一步改進，所述步驟五中電暈損失的電流的測試方法為：電暈籠 壁通過1ΜΩ電阻接地，測量所述電阻上的電壓，獲得流過1ΜΩ電阻的平均電流即為電暈損 失的電流。 與現有技術相比，本專利技術的有益效果為： 本專利技術公開的，首次提出了直 流電暈籠中電暈損失實驗結果與直流輸電線路電暈損失測試結果的等效方法，即將線路電 壓與線路周圍與電暈籠形狀相同的虛擬框上的電壓之差作為施加在電暈籠中導線上的電 壓。使用該測試方法，直流電暈籠中電暈損失實驗結果可以直接用于實際線路，無需任何修 正和折合； 由于直流電暈籠和導線之間的電壓相對于實際線路對地電壓小，因此對測試電源 的輸出電壓能力要求不高；與直流實驗線路和實際線路測試相比，電暈籠測試時間短，能夠模擬季節、氣候、 天氣、海拔等各種因素影響，研究周期大大縮短；直接測量電暈籠壁與其接地點之間引線的電流，與直接測量高壓導線上的電流相 比，該處電壓低，不存在測量信號從高電位端引出的安全性問題，因此測試更容易、更安全。【附圖說明】 圖1為本專利技術一種實施例公開的基于電暈籠的直流輸電線路電暈損失測試方法的 流程圖； 圖2a為本專利技術一種實施例公開的縮尺實驗系統的布置示意圖； 圖2b為本專利技術一種實施例公開的電暈籠實驗電氣連接圖。【具體實施方式】為使本專利技術實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本專利技術實施例 中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本專利技術的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人 員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。 下面結合附圖1、2a、2b對本專利技術做進一步的詳細描述： 本專利技術從電暈放電產生的機理出發，分析電暈籠與輸電線路電暈等效的本質，提 出；以便基于直流電暈籠測試，研究輸 電線路電暈及電暈損失。其基本原理如下： 在直流電壓下，離子在電場的作用下，朝著一個方向運動，直至籠壁或地面;所以 離子的分布受電極結構影響，在保持電暈籠中的導線與輸電線路導線表面最大標稱電場強 度相同的條件下，導線周圍的離子數量與分布是不相同的，實際電暈籠與輸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于電暈籠的直流輸電線路電暈損失測試方法，其特征在于，包括：步驟一、以電暈籠中導線與籠壁間距離為衡量距離，確定輸電線路導線周圍與電暈籠形狀相同的虛擬框的位置；步驟二、基于仿真計算確定輸電線路導線在虛擬框處產生的電壓；步驟三、將輸電線路導線電壓與虛擬框處產生的電壓相減，得到在電暈籠中施加在電暈籠中導線與電暈籠之間的等效電壓；步驟四、將所述等效電壓施加在電暈籠中導線與電暈籠之間；步驟五、測量電暈籠壁與其接地點之間引線的電流，得到電暈損失的電流；步驟六、將測得的電暈損失的電流乘以輸電線路導線電壓，得到輸電線路導線的電暈損失。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張波，王文倬，尹晗，何金良，曾嶸，胡軍，余占清，莊池杰，陳水明，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11