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颗粒物空间电荷效应对高压直流输电线路电磁环境的影响  

2016-09-09 12:12:20|  分类: 生产工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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国外曾有报道,空中悬浮颗粒物会使直流输电线路下空间电荷密度增大,但未深入研究。在我国,以前直流输电工程建在南方,空中悬浮颗粒物较少,在测试中未发现直流线路地面合成电场出现异常现象。然而,2007年中国电力科学研究院在北京进行±800kV直流线路电磁环境试验时发现,在冬季干燥天气下,负极导线侧地面合成电场异常增大。这种现象与北方冬季空中悬浮颗粒物较多密切相关。我国正大力发展特高压直流输电,许多工程的线路全部或部分位于北方地区。北方地区直流输电工程所面临的一个重要且严峻的问题是如何控制和降低空中颗粒物对直流线路合成电场的影响,以满足环保要求。在我国北方第一条±660kV和±800kV直流线路设计中,极导线最小高度是基于不同季节地面合成电场大量实验数据统计分析给出,这是为了工程急需采取的应急措施,不能从根本上理清颗粒物对直流输电线路离子流场影响的机理和规律,也不能完全满足工程设计需求,须就空中颗粒物对直流线路电场的影响进行深入研究。

直流输电

  1、论文所解决的问题及意义

  空中颗粒物捕获电晕离子形成空间电荷是影响直流电晕放电和高压直流输电线路电磁环境的重要因素之一。关于颗粒物空间电荷效应问题,在输电线路领域,国内外研究较少;在静电除尘和气固两相介质电晕放电领域,研究较多,并取得了不少成果;在尘埃等离子体领域,对低气压条件下有一些研究。为了研究空中悬浮颗粒物对直流电晕放电和高压直流输电线路电磁环境影响,有必要对当前关于颗粒物空间电荷效应的相关文献进行梳理和总结,指出当前研究中存在的问题,为未来的研究提出建议。

  2、当前研究存在的问题

  实验研究方面,目前绝大部分实验工作仅着眼于空间电荷密度的测量,且对线路下空间电荷密度横向分布的实验研究工作较少,地面合成电场和离子流密度横向分布仅有中国电力科学研究院的研究人员进行了测量和研究,但还不够全面和系统,无法获得颗粒物对合成电场和离子流场影响的规律。关于颗粒物对直流电晕起晕特性和伏安特性影响的研究,输电线路电磁环境领域内还未见报道。虽然静电除尘和气固两相介质电晕放电研究领域的实验研究较多,但其实验结果对输电线路电磁环境领域的研究工作仅具有参考意义。离子迁移率作为高压直流线路离子流场模型中一个非常重要的计算参数,空中颗粒物对其影响的规律缺乏研究。

  理论研究方面,虽然已有一些工作,但存在诸多问题,且计算过程中没有考虑颗粒物粒径的多分散性,离子输运参数没有考虑颗粒物的影响。静电除尘领域内关于颗粒物空间电荷效应的理论研究较多,可以为输电线路电磁环境领域内的理论研究提供参考,但其仍然存在以下问题:大部分研究者在理论研究中忽略了电晕电离区;理论模型中缺乏考虑颗粒物的物理化学特性对荷电过程的影响;颗粒物的荷电机制研究不够全面;缺乏关于温、湿度等环境条件对颗粒物空间电荷效应影响的研究。

 3、未来研究建议

  实验方面:

  1)国内还没有适用于输电线路下的空间电荷密度测量装置,需要尽快研制适用于存在空间颗粒物时输电线路下的空间电荷密度测量系统,进行线路下小离子和大离子电荷密度空间分布的测量。

  2)在自然或模拟沙尘和灰霾等条件下,开展高压直流输电线路下地面合成电场和离子流密度分布的实验,研究空中颗粒物的成分、浓度和粒径分布、大气温、湿度和季节等因素对地面合成电场和离子流密度分布的影响。

  3)开展空中颗粒物对离子迁移率影响的研究,为理论模型的计算提供准确的离子迁移率数据。

  4)开展温度、湿度、颗粒物的电气参数、颗粒物的浓度和粒径分布对颗粒物荷电特性影响的研究,获得这些因素对颗粒物荷电特性的影响规律。

  理论方面:

  1)研究大气环境中颗粒物的荷电机制和荷电理论以得到相应的离子–颗粒物结合系数,同时将温度、湿度、电导率、介电常数等因素包含于该理论框架内,使得该结合系数能表征更多因素的影响。

  2)研究空中悬浮颗粒物对高压直流输电线路离子流场的影响,阐释颗粒物对离子流场影响的机理,从理论角度预测合成电场和离子流密度分布特性,为控制和降低空中颗粒物对直流输电线路离子流场的影响提出指导性措施。

  以上研究方向间的关系和它们对解决“空中悬浮颗粒物的空间电荷效应对高压直流输电线路电磁环境影响”这一问题的重要性以及课题的研究路线图见图1。(陆家榆,何堃,马晓倩,鞠勇,谢莉)

图1“空中悬浮颗粒物的空间电荷效应对高压直流输电线路电磁环境影响”的研究路线图

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