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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流伊犁师范学院毕业论文.精品文档.伊犁师范学院毕业论文（设计）高压输电线放电电晕及减少方法Study on corona discharge characteristic of high voltage transmission line and the way of reduction姓名：刘朋学号：09071201021院系：电子与信息工程学院专业:电子信息与科学技术年级：电信09-2班指导老师：张国梁2013-1-4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，在瞬时电离引起
2、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、无线电干扰、电视干扰以及噪声干扰，给人们的生活带来许多不便，损失；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，通过对放电电晕的进一步的研究，掌握其规律及相关特性，最大限度的减少这种现象的发生，也充分利用这一特性服务人类。关键字：高压输电线；放电电晕；电晕机；电磁辐射；电晕处理目录一：引言（1）电晕产生机理（2）放电电晕现象（3）输电线路电晕放电的影响因素（4）放电电晕的应用及意义（5）二：电晕放电的形成条件（5）电晕放电产生的效应（6）输电线路电晕放电的危害（7）电晕放电数学分析
3、（8）电晕处理（9）工程实际中的防晕措施(减少方法)（10）三：结论（11）四：参考文献（12）五：附录（13）六：致谢（14）引言Foreword基于高压输电线输送能力强、损耗小、稳定性好等突出优点，我国正广泛发展高压、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。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。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。一（1）电晕放电机理:电晕放电是由于导线表面的电场强度很高,引
4、起空气电离而发生的放电现象。空气分子的游离强度一般为2030 kV / cm,当输电线路表面电场强度超过这个数值之后,就会听到线路发出“咝咝”的放电声,嗅到臭氧的气味,夜间还可以看到导线周围发出的蓝紫色荧光,这就是电晕放电。 电晕也指局部放电，是指当电压应力超过某一临界值时，在绝缘系统中气体瞬时电离引起的一种局部放电现象。显然，“局部”并不是每一处，“瞬时并非持续，“气体电离则说明无气体便无电晕，因此，气体是电晕产生的最根本的条件之一。 众所周知，气体是不导电的，为优良的绝缘体。但是，当提高气体间隙上的外施电压而达到一定数值后，电流会突然剧增，从而使气体失去绝缘性能，产生自持放电现象。所以，电
5、晕产生有两个主要的因素：一是空气隙的存在，另一个就是电压应力(即电场强度)超过了空气隙的击穿电压。在绝缘材料的内部、电极之间都会存在一定的空气隙，因而，当作用在这些空气隙上的电压应力超过气体的击穿电压时，气体就会被击穿，形成电晕。 最初，局部放电产生的电火花烧蚀绝缘表面，同时产生的臭氧和酸对绝缘表面也有腐蚀作用，使得绝缘表面变得粗糙，然后这种烧蚀和腐蚀缓慢渗入绝缘体内部，但不会造成急剧损坏。烧蚀到一定阶段就会向四周传播，形成枝状生长的通路，该通路是导电的。这是因为通路的壁会碳化或者因为其中的气体高度电离所致。(2)电晕放电现象：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
6、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。这里气体的气压约为Pa。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，都是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。 根据空间电荷场的相对重要性和阴极提供电子过程的性质区分了汤生放电、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
7、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致发射和热离子发射而工作。冈此，自持汤生或辉光放电的燃点电压或阴极位降值都要超过气体电离电位一个数量级的大小，而自持弧光放电的阴极位降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)，但放电电流更小（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，一般说来，电极的几何构形起着重要作用。电场的不均匀性把主要的电离过程
8、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或大或小的薄层中，气体的发光也只发生在这个区域里，这个区域称为电离区域，或称之为电晕层或起晕层。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，因此电离区域之外的区域被称为迁移区域或外围区域。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
9、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，电晕放电发生了。该电压Vs称为起晕电压或电晕放电的阀值电压，它的大小数值由电极间电流的突然增大(从大约到A)和在曲率半径较小的电极处朦胧的辉光
10、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。在某些场合，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。 （
11、3）输电线路电晕放电的影响因素： (1)输电线路本身特性的影响。输电线路电压越高,电晕放电越强;导线直径越大,表面光洁度越高,电晕放电越弱。而且,输电线路导线的排列方式、相间距离、对地高度也会影响电晕放电的电磁干扰电平,差值约在3 5 dB。(2)输电线路外部环境的影响。空气污染越严重,空气密度越小、湿度越大,电晕放电越强。（3）电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式,电晕放电时的电流强度取决于电极外气体空间的电导,即取决于外加电压、电极形状、极间距离、气体的性质和密度等。（4）放电电晕的应用和意义： 电晕可削弱输电线上雷电冲击或操作冲击电压波的幅值及陡度;可利用电晕放电改善电场分布;
12、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从很大方面减少了输电线上电能的损耗，提高利用率，从而可以节约很多的资源，发电过程中燃料的燃烧，保证空气的良好指标。同时，也可以减少放电电晕中产生的臭氧，氮氧化物对人类，建筑物的侵蚀，毁坏，以及放电电晕中电磁辐射对相关无线电通讯的干扰等。二:(1)电晕放电形成条件：并不是所有的气体放电都表现为电晕放电形式，只有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;若比值小于此值，气隙将发生火花击穿。 电力系统中所遇到的绝缘结构大多是不均匀的。不均匀电
13、场的形式很多，绝大多数是不对称电场。在电场极不均匀时，随间隙上所加电压的升高，在大曲率电极附近很小范围内的电场足以使空气发生游离，而间隙中大部分区域的电场仍然很小。于是在大曲率电极附近很薄一层空气中将具备自持放电(即外界游离因素不存在，间隙中的放电仅靠电场作用继续进行下去)的条件，放电仅局限在大曲率电极周围很小的范围内，而整个间隙尚未击穿。这种放电称为电晕放电。这是由于大曲率周围的强电场区的气体游离造成的。伴随强场区中的游离、复合，激励和反激励，发出大量光子，使起晕电极周围有薄薄的紫色光层，称为电晕层，电晕层以外的电场很弱，不再发生游离。 电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式，是极不
14、均匀电场的特征之一。它与其他形式的放电有本质的区别，电晕放电时的电流强度并不取决于电路中的阻抗，而取决于电极外气体空间的电导，这就取决于外加电压、电极形状、极间距离、气体的性质和密度等。 通常以开始出现电晕时的电压称为电晕起始电压，它低于击穿电压，电场越不均匀，两者的差值越大。(2)电晕放电产生的效应：1）伴随着游离、复合、激励和反激励等过程而有声、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。 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
15、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。高压输电线路的绝缘子和各种金具上很容易出现电晕，在坏天气或在过电压的情况下，甚至在整条导线上都有可能出现电晕。随着输电电压的不断提高，延伸范围不断扩大，线路上电晕造成的无线电干扰已成 为很重要的问题。 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。 5）以上各点都使得电晕放电会产生能量损耗，在某些情况下，会达到可观的程度。 （3）输电线电晕放电的危害：(1)电晕放电会产生声、光、热等效应,表现为发出“
16、咝咝”的声音,发出蓝光以及使周围空气温度升高等。(2)电晕放电产生高频脉冲电流会对无线电通讯造成干扰。随着输电线路电压等级的提高,这种影响更为明显。(3)电晕放电过程中产生的臭氧、氮氧化物等会对固体介质及金属电极造成损伤或腐蚀。(4)电晕放电会产生大量的能量损耗。因此,避免、限制电晕引起的能量损耗和电磁波对无线电的干扰已成为必须加以解决的重要问题。（4）电晕放电的数学分析：1.基准场的测量结果为基础定义为: (1)测试点距高压输电线路边相导线的水平距离为20 m,接收天线的高度为2m (距地面) 。(2)基准测试频率为0. 5MHz。(3)测试仪器:电磁干扰场强测量仪或已定标的频谱分析仪。2
17、数学模型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:E ( f) = E0 + K1 1 - 2 ( lg10f) 2 其中：E0 基准场(距边导线的水平距离do = 20m, f0 = 0. 5 MHz, h = 2 m)的辐射场强, dB (V /m) ; K1 频率系数,参考值为5. 6 (标准差为0. 49) 。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:E ( d) = E0 + 20K2 lg ( d0 / d) 其中：E ( d) 距边导线的水平距离
18、为d 的辐射场强, dB (V /m) ;K2 横向距离系数,参考值为1. 60 (标准差为0. 16) 。电晕放电的辐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. 69 dB (标准差为0. 08 dB) 。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:E (W ) = E0 + K3 (W -W0 ) /10% 其中：W0 测量基准场时的空气相对湿度; W 待求场点的空气相对湿度;K3 湿度系数,参考值为0. 69。由以上3式,即同时考虑频率、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
19、场强:E ( dB ) = E0 + K1 1 - 2 ( lg10f) 2 + 20K2 lg ( d0 /d) + K3 (W - W0 ) /10%3电晕放电过程中的误差分析由E ( dB ) = E0 + K1 1 - 2 ( lg10f) 2 + 20K2 lg ( d0 /d) + K3 (W - W0 ) /10%可知：引起误差的主要原因:(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,
20、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. 27dB (标准差为0. 19 dB) 。降雨量 1. 2 mm /h时,电晕放电的辐射场强比晴天高约1520 dB。5.电晕处理及电晕机6.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;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；在线路施工中，应避免造成导线的损伤，出现毛
21、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。三：结论四：参考文献1 国家电网
22、公司基建部，电网建设新技术M. 北京:中国电力出版社,2005.2隋晓杰，宋守信，高压输电线路电晕放电分析J. 电力建设，2006.3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,2004.6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,2002.7 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,2005.8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,2006.9 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,2005.10 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,1995.11 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2002.12 宋小坚，电晕脉冲干扰特性的实验研究J. 高压电器,2001.13 邬雄,聂定珍,万保全1 架空线路电磁环境及其污染影响J 高电压技术,2000.五：附录致谢在这里由衷地说声：谢谢！电信09-2班：刘朋2013.1.4