高压输电线放电电晕及减少方法

高压输电线放电电晕及减少方法摘要:高压输电线放电电晕常见于我们的日常生活当中,是指当电压应力超过某一临界值时,气体瞬时电离引起的一种局部放电现象。电晕放电在工程技术领域中有多种影响,会引起不同程度的电晕功率损失和噪声干扰等,给人们的生活、生产、信号传输带来许多影响,但我们同样可以利用电晕放电进行静电除尘、污水处理、空气净化等,为人们服务。通过对高压放电电晕的研究,掌握其规律及相关特性,最大限度的减少这种现象的发生,对电力传输减少能耗提供一些帮助。关键字:高压输电线;放电电晕;电晕机;电磁辐射;电晕处理High voltage transmission line corona and reducing methodLiu peng( yili normal college of electronic and information engineering college of electronic information science and technology 09-2 class Xinjiang yining city, 835000 ) Abstract:High voltage transmission line corona discharge is common in our daily life,that is when the voltage stress exceeds a critical value,the transient ionization caused by a partial discharge phenomenon. Corona discharge in the field of engineering technology has a variety of effects,can cause different degree of corona power loss,bring a lot of inconvenience to peoples life, and loss;But we can also use corona discharge in electrostatic dust removal,sewage treatment,air purification and so on,service for people,through the further study of corona discharge,to master its law and related characteristics,and minimize the occurrence of phenomenon,Provide some help on power transmission to reduce energy consumption. Keywords:high voltage transmission line;corona;corona air sickness;electromagnetic radiation;corona treatment.目录1高压输电线放电电晕简述11.1 电晕放电现象及机理11.2输电线路电晕放电的产生条件和影响因素21.3 电晕放电产生的效应及危害21.4 放电电晕的应用32 电晕放电测量及防晕措施42.1 影响电晕放电部分因素的测量42.1.1基准场的测量结果以下列依据为基础:42.1.2测试仪器:电磁干扰场强测量仪或已定标的频谱分析仪。42.1.3辐射场与一些物理量的关系42.2 工程实际中的防晕措施(减少方法)53 结论64 参考文献7致 谢8高压输电线放电电晕及减少方法引 言基于高压输电线输送能力强、损耗小、稳定性好等突出优点,我国目前广泛发展高压、特高压输电线路。高电压导致强电场,当输电线路局部电场强度超过气体的电离强度时,气体会发生电离和激励,出现电晕放电2。特别是在高海拔、覆冰严重的地区,由于空气密度降低,输电线路空气间隙的电晕电压随之降低6,7。我国“西电东送”的南、北、中线路走廊都存在高海拔、污秽、覆冰综合作用的特殊环境地区,电晕事故时有发生,问题日益凸现。1高压输电线放电电晕简述1.1 电晕放电现象及机理当在电极两端加上较高但未达击穿的电压时,如果电极表面附近的电场（局部电场）很强，则电极附近的气体介质会被局部击穿而产生电晕放电现象。当电极的曲率半径很小时,由于其附近的场强特别高,很容易发生电晕放电。在通常的情况下,我们研究在曲率半径很小电极处的电晕放电。电晕放电现象可在很多场合下观察到,例如,在高压传输线和同轴圆筒所包围导线的表面，或在针形不规则导体的附近以及在带有高电压的导体表面等处。电晕放电可分为：汤生放电、辉光放电和弧光放电。在汤生放电中,空间电荷场对外加电场的影响很小,而在辉光和弧光放电中,它却起着重要的作用。在汤生和辉光放电中,次级电子的提供过程,如光子、正离子和亚稳态原子过程所产生的作用不很明显,而弧光则是借助于十分有效的次级过程如场发射和热离子发射而工作,因此,汤生或辉光放电的燃点电压或阴极位降值都要超过气体的电离电位,而弧光放电的阴极位降却十分接近于气体的电离电位。电晕放电电压降比辉光放电压降大(千伏数量级),但放电电流却很小（微安数量级）。且往往发生在电极间电场分布不均勾的条件下。若电场分布均匀,放电电流又较大,则发生辉光放电现象；在电晕放电状况下如提高外加电压,而电源的功率又不够大,此时放电就转变成火花放电；若电源的功率足够大时,则电晕放电可转变为弧光放电。在电晕放电中,电极的几何构形也起着十分重要的作用。电场的不均匀性把主要的电离过程局限于局部电场很高的电极附近,特别是发在曲率半径很小的电极附近薄层中,气体的发光也只发生在这个区域里（电晕层或起晕层）。在这个区域之外,由于电场弱,不发生或很少发生电离,电流的传导依靠正离子和负离子或电子的迁移运动,若两极中仅有一个电极起晕,则放电的迁移区域中基本上只有一种符号的带电粒子,在此情况下,电流是单极性的。形成电晕所需电场不均匀的程度与气体的种类也有很大关系。在负电性的气体中(如气压为Pa的空气),当电极为球平面几何构形，电极间隙为球半径时可建立电晕放电;与此相反，若充以非负电性气体,则不会产生电晕放电现象。电晕放电的电流强度取决于加在电极之间的电压大小、电极的形状、极间距离、气体的性质和密度。电晕放电是种自持放电,它不需要外加电离源来引发和维持放电。另外,电晕放电的电压降也不取决于外电路中的电阻,而决定于放电迁移区域的电导,在迁移区域内存在单极性的空间电荷时,它妨碍着放电电流的通过,此时电晕放电的压降大部分落在迁移区域上。当两极间的电位差由零逐渐增大时,最初发生无声的非自持放电,这时的电流很微弱,其大小决定于剩余电离,当电压增加到定数值Vs时,电晕放电就发生了。该电压Vs即为起晕电压或电晕放电的阀值电压,它的大小分辨可由电极间电流的大小和在曲率半径较小的电极处是否有朦胧的辉光的出现所表征。若继续增大电位差,则电流强度将增大,发光层的大小及其亮度也同时增大。当外加电压比阀值电压高很多时,电晕放电会转变为火花放电发生火花的击穿。电晕放电的极性决定于具有小曲率半径的电极的极性。如果曲率半径小的电极带正电位,则发生的电晕称为正电晕。反之则称为负电晕,此外,按提供的电压类型也可以将电晕放电分为直流电晕、交流电晕和高频电晕。按出现电晕电极的数目分类时,则有单极电晕、双极电晕和多极电晕。电晕放电现象的应用很广,例如除尘器、高速打印饥、漂白装置等。但在某些场合,我们却又不希望它发生,如高压传输线上的电晕会引起电能的损耗和对广播电视的干扰。因此,研究电晕的基本过程具有重要的实用价值。1.2输电线路电晕放电的产生条件和影响因素（1）高压输电线路电晕放电一般发生在高电压的导体表面,输电线路电压越高,电晕放电越强。(2)高压输电线电晕放电一般发生在极不均匀电场中的气体,当场强足够大时,才会形成电晕。也就是说只有当极间距离对起晕电极表面最小曲率半径的比值大于一定值时,电晕才有可能发生。气体在负电性的气体中(如气压为Pa的空气),当电极为球平面几何构形及电极间隙为球半径时也可建立电晕放电,与此相反,若充以非负电性气体,则不会产生电晕放电现象。(3)高压输电线放电电晕与线路几何结构有关:导线直径越大,表面光洁度越高,电晕放电越弱。(4)高压输电线放电电晕与输电线路外部环境影响有关:空气污染越严重、空气密度越小、湿度越大,电晕放电越强。1.3 电晕放电产生的效应及危害 电晕放电会产生大量的能量损耗,据不完全统计全国每年因电晕损耗电能将近2050GWh8。因此,避免、限制电晕引起能量损耗已成为必须加以解决的重要问题。（1）伴随着游离、复合、激励和反激励等过程中有声、光、热等效应,表现为发出“嘶嘶”的声音,发出蓝色的晕光以及使周围空气温度升高等1。（2）在尖极或电极的某些突出部分,电子和离子在局部场强的驱动下高速运动,与气体分子交换能量,形成“电风”。当电极固定的刚性不够时(例如悬挂的导线),气体对电风的反作用力会使电晕极振动或转动。（3）电晕放电会产生高频脉冲电流,其中还包含许多高次谐波,对无线电通讯造成干扰9。（4）电晕放电还使空气发生化学反应,生成臭氧、氮氧化物等产物,臭氧、氮氧化物是强氧化剂和腐蚀剂,会对气体中的固体介质及金属电极造成损伤或腐蚀1 。1.4 放电电晕的应用电晕可削弱输电线上雷电冲击或减小冲击电压波的幅值及陡度,可利用电晕放电改善电场分布,可利用电晕除尘等等。减少放电电晕,尤其是高压输电线上的电晕放电能减少输电线上电能的损耗,也可以减少放电电晕中产生的臭氧、氮氧化物等腐蚀物的产生,减小对无线电通讯的干扰等。（1）目前,我们常用于真空电镀、真空镀膜、溅镀、PVD、物理气相沉积、印刷、移印丝印特印、粘和、涂层等工艺,产品包括手机外壳、手机按键、P+R按键、笔记本电脑、汽车灯、汽车内饰件、眼镜片、家用电器、化妆品包装容器、洗涤用品包装容器、各类材质板材和薄膜、纸张、织物、人造革、金属等。（2）电晕处理机在包装行业的使用也日益广泛,主要用于塑料薄膜类或塑料板材类制品的表面处理。为了使产品的表面具有更强粘附力,防止原材料在生产过程中出现印刷甩色、复合粘贴不牢固等,用电晕处理机先期进行表面处理,同时对产品具有除尘、除油脂、杀菌、消毒、除静电等作用,从而大大加强了塑料、硅胶类产品表面吸附力,减少及消除了印刷、喷涂产品的油墨脱落现象,增强了印刷及喷涂的耐磨性,并能使得表面涂层均匀。2 电晕放电测量及防晕措施2.1 影响电晕放电部分因素的测量 本次主要依据高压输电线电路电晕放电电磁辐射影响分析5中的理论依据,通过电磁干扰场强测量仪或已定标的频谱分析仪来测量影响电晕放电部分因素。2.1.1基准场的测量结果以下列依据为基础:（1）测试点距高压输电线路边相导线的水平距离为d0=20m,接收天线的高度为h=2m(距地面)。（2）基准测试频率为0.5MHz。2.1.2测试仪器:电磁干扰场强测量仪或已定标的频谱分析仪。2.1.3辐射场与一些物理量的关系（1）辐射场与辐射频率的关系对于不同电压等级的输电线路,电晕放电辐射的频谱基本上是相同的,随着频率的升高,辐射场强迅速减小。频率f为 0.155 MHz时的辐射场强,可以表示为: 其中E0基准场的辐射场强,频率系数,参考值为5.6(标准差为0.49)3,4，10。（2）辐射场与横向距离d 的关系 电晕放电辐射场强随横向距离d 的变化而变化,其横向距离特性可以表示为:其中:距边导线的水平距离为d 的辐射场强,横向距离系数,参考值为1.60(标准差为0.16)3。（3）辐射场与空气湿度的关系射场强受空气湿度的影响很大,空气湿度增大10% ,电晕放电的辐射场强增大约为0.69V/m(标准差为0.08V/m)。空气湿度对电晕放电辐射场强的影响也可用经验公式表示为: 其中：测量基准场时的空气相对湿度,待求场点的空气相对湿度,湿度系数,参考值为0.69。由以上分析可得:频率、横向距离和湿度的影响,可由某一高压输电线路测得的基准场计算和预测该线路某一区段附近任一点处电晕放电辐射场强:讨论:（1）导线的表面状况。由于导线表面落有灰尘、杂质及工业污染的影响,在导线表面可能形成局部的电晕放电致使辐射场强变大。（2）季节变化的影响。夏季空气湿度比较大,导线表面落的灰尘、杂质比较多,电晕放电的辐射电平比较高。冬季比较干燥,导线表面的灰尘,杂质比较少,电晕放电的辐射电平比较低。（3）雨雪天气中空气湿度增加10%,电晕放电的辐射场强增大约1.27V/m标准差为0.19V/m)。降雨量1.2mm/h时,电晕放电的辐射场强比晴天高约1520V/m。（4）测量过程中基准场的选择,及操作的不当对测量结果也有一定的影响。2.2 工程实际中的防晕措施(减少方法) 限制电晕最有效的方法是改进电极的形状,增大电极的曲率半径,如采用均压环、屏蔽环等。在某些载流量不能满足要求的场合,可采用空心的、薄壳的、扩大尺寸的球面或旋转椭圆等形式的电极,如超高压输电线路采用分裂导线,在变电所中,当电压大于35kV时一般不采用矩形母线，而采用圆形或管形母线,以此同时,在线路施工中,应避免造成导线的损伤,出现毛刺等。（1）选择耐电晕性能较好的绝缘材料。不同的绝缘材料,其耐电晕特性一也各不相同,低密度聚乙烯在电晕产生100h后就会绝缘失效。可见,绝缘材料的耐电晕性能至关重要,在常用绝缘材料中,硅橡胶、PVC、DAP、聚四氟乙烯都是很好的耐电晕材料。（2）改进产品设计结构,尽量减少空气隙的存在。（3）改善电场分布,使之尽量均匀。改进电极形状,增大电极曲率半径,以改善电场分布,提高气体间隙的击穿电压。同时,电极表而应尽量避免毛刺、棱角等,以消除电场局部增强的现象。（4）应当进行局部放电的测量。对产品进行局部放电试验,测定局部放电的各项指标,对放电现象进行分析,改进产品结构。3 结论通过本阶段的学习和探索对电晕有了更进一步了解：电晕是高压带电体表面向空气游离放电的现象。由于电晕的辉光放电,会对我们附近的通讯设施产生干扰,从而不同程度地影响通讯质量。更不利的是会引起电晕过程中的电能损耗,尤其在雨,雪,雾天气状况下其电晕损耗比好天气时成倍增加,造成电能的极大浪费。在目前情况下,设法减少电晕损失,节约电力能源,具有重大的显示意义。同时我也掌握了一些现实生活中减少放电电晕的方法:即通过改进电极的形状,增大电极的曲率半径及选择耐电晕性较好的绝缘材料来达到防晕效果。4 参考文献1国家电网公司基建部,电网建设新技术M.北京:中国电力出版社,2005年.2隋晓杰,宋守信.高压输电线路电晕放电分析J.电力建设,2006,27(3):37-38.3潘仲英.电磁波无线与电波传播M.北京:机械工业出版社,2003.4国际大电网会议第36.01工作组.输电系统产生的电场和磁场M.北京:水利电力出版社,1984.5林晓宇,陈仕修,张晓敏.高压输电线电路电晕放电电磁辐射影响分析J.电力环境保护,2004,20(3):60-62.6孙才新,舒力春,蒋兴良等.高海拔污秽覆冰环境下超高压线路绝缘子交直流放电特性及闪络电压校正研究J.中国电机工程学报,2002,22(11):115-120.7宿志一,高涛,王代荣.高海拔直流设备可见电晕特性的实验研究J电力设备,2005,6(7):29-33.8张海峰,庞其昌,陈秀春.高压电晕放电特性及其检测J.电测与仪表,2006,43(2):6-8.9周浩民,于守红.我国发展特高压输电中一些重要问题的讨论J.电网技术,2005,29(12):1-9.10邹澎.高压输电线附近电晕放电辐射的数学模型J.中国电力,1995年03期.11陈水明,王磊,何金良.多同高压输电线路产生的无线电干扰分析J.电波科学学报2002,17(6):677-681.12宋小坚.电晕脉冲干扰特性的实验研究J.高压电器,2001年03期.13邬雄,聂定珍,万保全.架空线路电磁环境及其污染影响J.高电压技术,2000,(5):24-26致 谢本文从搜集材料到拟定、定稿，历经数月。在此，我要首先感谢我的指导老师张国梁老师。在遇到困难曾经几次想过放弃这篇论文设计时，在他悉心的指导使我一直坚持了下来。他严格教学态度使我受益匪浅。在此我谨向张老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我还要感谢栽培我的专业老师们，是他们的辛苦付出，引领我进入知识的殿堂。是他们的鼓励一直支持着我走到最后。在此由衷的感谢他们无私的帮助和支持。在此，我要感谢我的同窗同学们，每次在一起的探讨对我都有很大的收获，每一次的鼓励和安慰都给了我动力,谢谢他们。 电信09-2班：刘朋2013.5.30