凝露耐受電壓

1導(dǎo)語

濕度是影響輸電線路導(dǎo)線電暈起始電壓的重要因素。本文基于換熱模型和分形理論建立了適用于高濕度條件下導(dǎo)線的凝露分布模型并得到了凝露的尺寸和分布規(guī)律。將凝露分布模型得到的參數(shù)通過有限元方法計(jì)算得到凝露時(shí)的電場分布，代入電暈放電的光電離模型，計(jì)算得到電暈起始電壓的預(yù)測值。試驗(yàn)得到的電暈起始電壓和預(yù)測值的誤差小于5 %，證明本文提出的方法可適用于高濕度條件下導(dǎo)線電暈起始電壓的預(yù)測。

2研究背景所

我國“西電東送”的南、北、中走廊均經(jīng)過高濕度地區(qū)，部分地區(qū)相對濕度可達(dá)90%以上。而國內(nèi)外研究表明濕度對電暈起始電壓的影響非常復(fù)雜，迄今尚未形成定論。實(shí)際輸電線路中，當(dāng)環(huán)境溫度急劇上升時(shí)，空氣溫度會(huì)暫時(shí)高于導(dǎo)線溫度，在高濕度條件配合下，導(dǎo)線會(huì)發(fā)生凝露。由于不同溫、濕度條件下露珠的尺寸及分布不同，導(dǎo)致現(xiàn)有模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果之間誤差高達(dá)15.7%。

3論文所解決的問題及意義所解決的問題及意義

本文通過解決高濕度條件下導(dǎo)線表面凝露的分布預(yù)測問題，得到了給定環(huán)境條件下的導(dǎo)線凝露最大液滴尺寸、平均分布間距等參數(shù)，通過有限元仿真得到導(dǎo)線凝露時(shí)的電場分布，結(jié)合電暈放電光電離模型計(jì)算得到相應(yīng)的導(dǎo)線電暈起始電壓，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。提高了高濕條件下電暈起始電壓的預(yù)測精度，為高濕度地區(qū)輸電線路電磁環(huán)境研究提供了新思路。

4 論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

本文針對高濕度地區(qū)輸電線路導(dǎo)線表面的凝露現(xiàn)象，首次基于四熱阻換熱模型和分形理論建立了導(dǎo)線的凝露分布模型并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，如圖1所示。將計(jì)算得到的導(dǎo)線表面的凝露分布規(guī)律以及凝露后導(dǎo)線的電場分布，代入本文作者提出的電暈光電離模型，計(jì)算得到電暈起始電壓，并通過試驗(yàn)得到的電暈起始電壓對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。得到的高濕條件下電暈起始電壓計(jì)算值與試驗(yàn)值如圖2所示。

圖1 凝露試驗(yàn)照片（左）和分形模型模擬的圖像（右）

圖2 不同條件下光滑導(dǎo)線電暈起始電壓的試驗(yàn)值和計(jì)算值（環(huán)境溫度20℃）

5結(jié)論

1）采用本文建立的凝露分布模型計(jì)算得到的不同導(dǎo)線溫度和不同濕度條件下導(dǎo)線凝露的最大露珠尺寸的計(jì)算結(jié)果與在人工氣候室中得到的試驗(yàn)值吻合較好；得到的導(dǎo)線凝露的分布規(guī)律與通過金相顯微鏡得出的試驗(yàn)結(jié)果相似度較高。

2）導(dǎo)線與環(huán)境的溫差越大、空氣濕度越高，電暈起始電壓下降越明顯；當(dāng)相對濕度大于80%時(shí)，由于電場畸變和水汽對電子的吸附兩者的共同作用，電暈起始電壓趨于穩(wěn)定。

3）在凝露分布模型計(jì)算得到的幾何參數(shù)基礎(chǔ)上得到了導(dǎo)線凝露時(shí)的電場分布，結(jié)合電暈光電離模型計(jì)算得到的導(dǎo)線凝露時(shí)的電暈起始電壓與試驗(yàn)值的誤差小于5%。

引用本文

胡琴, 何高輝, 彭華東, 等. 高濕條件下基于凝露分布模型的導(dǎo)線電暈起始電壓預(yù)測[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2018, 33(7): 1634-1640.

Hu Qin, He Gaohui, Peng Huadong, et al. Prediction of conductor corona onset voltage based on condensation-distribution model under high humidity conditions[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(7): 1634-1640.

胡琴，男，1981年生，博士，教授，博士生導(dǎo)師，重慶市高校青年骨干教師人選。任國際大電網(wǎng)組織CIGRE D1.35工作組委員、全國輸配電協(xié)作網(wǎng)金具工作組委員。主要從事復(fù)雜環(huán)境電氣外絕緣及風(fēng)力發(fā)電機(jī)防冰技術(shù)研究。獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng)，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和國際會(huì)議上發(fā)表論文80余篇，申請國家發(fā)明專利20余項(xiàng)，起草標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)。