CN108170894B - 输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法 - Google Patents
输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108170894B CN108170894B CN201711259696.XA CN201711259696A CN108170894B CN 108170894 B CN108170894 B CN 108170894B CN 201711259696 A CN201711259696 A CN 201711259696A CN 108170894 B CN108170894 B CN 108170894B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- particles
- transmission line
- calculating
- power transmission
- dry
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 75
- 239000012212 insulator Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000009466 transformation Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 94
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 5
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000000926 atmospheric chemistry Substances 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000000469 dry deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法，根据高压输电线的表面电荷密度、面积和颗粒物的直径，计算高压输电线表面的电荷、粒子电荷，结合颗粒物的沉降速度，输电线和粒子的直径，计算表征粒子电力作用的参数，再根据粒子大小和输电线半径计算表征粒子拦截沉降过程的参数；根据表征粒子的布朗扩散、碰撞、拦截沉降过程和电力作用的参数，粒子反弹的修正因子，摩擦速度，计算地表阻力，并结合粒子受到的动力学阻力，计算出粒子的干沉降速度；最后根据粒子的干沉降速度和浓度，经过雨除作用参数修正，得到单位时间、单位长度的输电线沉降的粒子的质量。该方法更适合输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降结果的计算。
Description
技术领域
本发明涉及一种输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法，属于大气颗粒物沉降技术领域。
背景技术
霾污染中大气颗粒物在绝缘子表面沉积会造成积污。在严重霾污染环境中，高导电率雾与不同排放源类型的颗粒物相结合，通过自然和静电作用力吸附、沉积在绝缘子表面，由此引起的绝缘子积污量增加、表面电导率变化会使绝缘子的污闪电压出现不同程度的下降，加速硅橡胶复合材料的老化。霾天气下，空气中携带大量粉尘等悬浮颗粒，累积在大气边界层内无法扩散，极容易导致绝缘子表面快速积污；霾天气下，大气湿度普遍较高，不利于污层获得优良的憎水性能。
在大气环境条件下，绝缘子积污过程受到众多因素的影响。目前，在开展现场实地研究和实验室研究的同时，平行开展绝缘子在大气环境条件下积污过程的数值模拟研究，其中包括建立经验模型(AMICO)来预报绝缘子积污，ILCMS系统可测量绝缘子的泄露电流。AMICO和ILCMS系统一起使用，配合着测量气象因素得到的结果与实验室结果对比，最终得到选样地点的绝缘子积污规律。当前，主流的第三代空气质量模式考虑大气动力学与大气化学间的双向耦合，实现多种污染物、多尺度的大气污染模拟预报。
以大气动力学理论为基础，基于对大气物理和化学过程的理解，建立大气污染物的干湿沉降数值模型，借助计算机来模拟了大气污染物动态分布变化。由于数值模式的优越性，这一空气质量模式研发取得一系列显著进展。但其中的干湿沉降模型主要针对自然的下垫面，没有考虑在输变电设备的大气污染物沉降过程，限制了外绝缘子积污特性的模拟能力。建立针对输变电设备外绝缘子的大气污染物干湿沉降参数化方案，将会改善空气质量模式对外绝缘子积污模拟预测能力，极大地提升针对电网设备安全的霾污染预警预报水平。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法，包括以下步骤：
(1)根据高压输电线的表面电荷密度、面积和颗粒物的直径，计算高压输电线表面的电荷、粒子电荷。计算高压输电线表面的电荷Q公式为：
Q=σS
σ是高压输电线的表面电荷密度，σ取值为12×10-6(Cm-2)。面积S可以通过输电线的横截面周长和长度计算得到，在这里输电线的长度取值为颗粒物尺寸的100倍，保证颗粒物沉降到的输电线像自然下垫面一样，相当于无限大的表面。
计算高压输电线表面的粒子电荷q公式为
这里a＝0.83×10-6，
(单位库伦每平方米Cm-2)是一个取值0～7的经验参数，为了保证粒子沉降时与输电线一定产生相互作用Y，这里取值为7；dp表示输电线的直径。
(2)根据颗粒物的沉降速度，输电线和粒子的直径、高压输电线表面的电荷、粒子电荷，计算表征粒子电力作用的参数；其计算公式为
式中K＝9×109(Nm2C-2)，Q和q分别是高压输电线表面的电荷、粒子电荷，V是颗粒物的沉降速度，Cc为坎宁安校正系数，D和dp分别是输电线和粒子的直径。
根据粒子大小和输电线半径计算表征粒子拦截沉降过程的参数EIN，EIN原本是粒子大小的函数，这里被修订为粒子大小和输电线半径的函数。
(3)根据表征粒子的布朗扩散、碰撞、拦截沉降过程和电力作用的参数，粒子反弹的修正因子，摩擦速度，计算地表阻力Rs，其计算公式为
其中EB、EIM、EIN、EE分别表征了粒子的布朗扩散、碰撞、拦截沉降过程和粒子与输电线的电力作用过程，R1是粒子反弹的修订因子，表示为粒子最终附着到表面的数量与沉降接触表面数量的比值，ε0是一个经验常数，这里取值为3；u*为摩擦速度。颗粒物自然沉降到输电线应该比沉降到裸露的下垫面弱，所以EB和EIM被选用所有土地使用类型中最小的数值(不考虑水面)，即gama取值0.67、aest取值为1.5(gama和aest是两个用来计算EB和EIM的参数)。
(4)根据粒子受到的动力学阻力和地表阻力，计算出粒子的干沉降速度Vd，其计算公式为：
其中Ra是动力学阻力，Rs是地表阻力。考虑到粒子沉降到高压输电线时受到了各个方向的电力作用，可以从四周沉降到输电线上，而不仅仅是重力作用下的竖直方向的沉降，重力沉降速度Vg被忽略。
(5)根据粒子的干沉降速度和浓度，并经过雨除作用参数修正，得到单位时间、单位长度的输电线沉降的粒子的质量。
有益效果：本发明提供的输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法，基于加拿大气溶胶模式(CAM)的干沉降模型。将模型中针对自然下垫面的参数被修订为针对输电线的参数，同时考虑到颗粒物在沉降过程受到输电线的静电作用，增加了一个表征颗粒物与输电线之间静电作用的参数，该方法更适合输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降结果的计算。原模型中的重力沉降速度Vg被忽略，原因是考虑到粒子沉降到高压输电线时受到了各个方向的电力作用，可以从四周沉降到输电线上，而不仅仅是重力作用下的竖直方向的沉降。模型中EIN原本是粒子大小的函数，这里被修订为粒子大小和输电线半径的函数。输电线的长度取值为颗粒物尺寸的100倍，保证颗粒物沉降到的输电线像自然下垫面一样，相当于无限大的表面。原模型中自然下垫面的沉降通量是粒子沉降速度和粒子浓度的乘积，用沉降通量来表征气溶胶沉降对地面的影响。然而，对于高压输电线而言，情况不同于自然下垫面，不能用原来的沉降通量来表征，于是，将沉降通量转化为单位时间、单位长度输电线上沉降的颗粒物质量。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是本发明修订后的沉降速度和原沉降速度的对比；
图3是本发明修订后粒子的布朗扩散、碰撞、拦截和电力作用比较。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法，包括以下步骤：根据高压输电线的表面电荷密度、面积和颗粒物的直径，计算高压输电线表面的电荷、粒子电荷。
根据颗粒物的沉降速度，输电线和粒子的直径，高压输电线表面的电荷、粒子电荷，计算表征粒子电力作用的参数，再根据粒子大小和输电线半径计算表征粒子拦截沉降过程的参数。
根据表征粒子的布朗扩散、碰撞、拦截沉降过程和电力作用的参数，粒子反弹的修正因子，摩擦速度，计算地表阻力。
结合粒子受到的动力学阻力和地表阻力，计算出粒子的干沉降速度。
最后根据粒子的干沉降速度和浓度，并经过雨除作用参数修正，得到单位时间、单位长度的输电线沉降的粒子的质量。
图2为修订后的沉降速度和原沉降速度的对比：
在摩擦速度u*＝0.5m/s时，修订后的沉降速度和原沉降速度的对比。可以明显地看出，修订后的沉降速度(红色线条)和原速度(蓝色线条)在dp<0.2μm和dp>6μm区间内基本一致，在0.2～6μm范围内出现了较大的差异。此外，修订后的沉降速度的最小值大约是原速度的3倍，并且修订后最小值依然小于0.1cm/s，说明修订后的沉降速度是比较合理的。
图3为修订后粒子的布朗扩散、碰撞、拦截和电力作用比较：
在摩擦速度u*＝0.5m/s时，粒子的布朗扩散、碰撞、拦截和电力作用比较。可以看出电力作用相比于布朗扩散、碰撞、拦截这三者，它对收集效率影响更平稳，总体变化较小。尤其需要注意的是，在2μm左右的粒子大小，电力作用对收集效率起到了主导作用，这个很好的解释了图1中修订速度和原速度在0.2～6μm范围内出现了较大差异的现象。在dp<0.2μm和dp>6μm区间，布朗扩散和碰撞作用分别起到了主导作用，而电力作用较小，所以修订后的速度并没有很大的改变；在0.2～6μm范围，电力作用相对与布朗扩散、碰撞、拦截这三个作用，变得不可忽略，修订的速度开始产生较大的变化；在2μm附近电力作用甚至起到主导作用，故修订后的速度变化的最大，出现了最小值是原速度约3倍的数值。
分别计算不同摩擦速度条件下单位时间、单位长度的输电线PM2.5的沉降速度，结果如下表：
表1
根据表1的沉降速度和长江三角洲地区的PM2.5年平均浓度63～121μgm-3，单位时间、单位长度的输电线沉降的PM2.5的质量计算得到是4.95×10-4～4.64×10-3μg。沉降下来的气溶胶会有大约85％会被雨水清除，单位长度输电线上沉降的PM2.5质量可以订正为7.43×10-5～6.96×10-4μg。
以长江三角洲地区的PM2.5干沉降实例表明，单位时间、单位长度的输电线沉降的PM2.5的质量计算得到是4.95×10-4～4.64×10-3μg，模型计算出来的结果是合理的。值得注意的是，因为u*和PM2.5年平均浓度的不同选择，得到的沉降质量可以相差一个数量级。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据高压输电线的表面电荷密度、面积和颗粒物的直径，计算高压输电线表面的电荷、粒子电荷；
根据颗粒物的沉降速度，输电线和粒子的直径，计算表征粒子电力作用的参数，再根据粒子大小和输电线半径计算表征粒子拦截沉降过程的参数；计算表征粒子电力作用的参数EE公式为：
式中K＝9×109Nm2C-2，Q和q分别是高压输电线表面的电荷、粒子电荷，V是颗粒物的沉降速度，Cc为坎宁安校正系数，D和dp分别是输电线和粒子的直径；
根据表征粒子的布朗扩散、碰撞、拦截沉降过程和电力作用的参数，粒子反弹的修正因子，摩擦速度，计算地表阻力；计算地表阻力Rs的公式为
其中EB、EIM、EIN、EE分别表征了粒子的布朗扩散、碰撞、拦截沉降过程和粒子与输电线的电力作用过程，R1是粒子反弹的修订因子，表示为粒子最终附着到表面的数量与沉降接触表面数量的比值，ε0为一个经验常数，u*为摩擦速度；
根据粒子受到的动力学阻力和地表阻力，计算出粒子的干沉降速度；
根据粒子的干沉降速度和浓度，经过雨除作用参数修正，得到单位时间、单位长度的输电线沉降的粒子的质量。
2.根据权利要求1所述的输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法，其特征在于：计算高压输电线表面的电荷Q公式为：
Q＝σS
σ是高压输电线的表面电荷密度，σ取值为12×10-6Cm-2；S为高压输电线的表面面积。
3.根据权利要求1所述的输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法，其特征在于：计算高压输电线表面的粒子电荷q公式为：
a＝0.83×10-6，
是一个取值0～7的经验参数；dp表示输电线的直径。
4.根据权利要求3所述的输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法，其特征在于：为了保证粒子沉降时与输电线一定产生相互作用Y，
取值为7Cm-2。
5.根据权利要求1所述的输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法，其特征在于：粒子的干沉降速度Vd的计算公式为：
其中Ra是动力学阻力，Rs是地表阻力。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711259696.XA CN108170894B (zh) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | 输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711259696.XA CN108170894B (zh) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | 输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108170894A CN108170894A (zh) | 2018-06-15 |
| CN108170894B true CN108170894B (zh) | 2021-05-18 |
Family
ID=62524310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711259696.XA Active CN108170894B (zh) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | 输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108170894B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109444564A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-03-08 | 三峡大学 | 模拟输电线路电场下植被燃烧颗粒物荷电量的测量方法 |
| CN110516351A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-29 | 天津大学 | 一种基于绝缘子积污特性的双串绝缘子悬挂角度优化方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8931495B1 (en) * | 2006-07-11 | 2015-01-13 | Ricki Joe Abney, Sr. | Systems and methods utilizing baffle boxes for washing-out concrete pouring equipment |
| CN104677790A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-06-03 | 北京林业大学 | 森林内大气颗粒物的干沉降通量检测系统及方法 |
| CN105195325A (zh) * | 2014-06-03 | 2015-12-30 | 中国人民大学 | 基于温度调控的铌酸锂热释电材料在吸附大气颗粒物中的应用 |
-
2017
- 2017-12-04 CN CN201711259696.XA patent/CN108170894B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8931495B1 (en) * | 2006-07-11 | 2015-01-13 | Ricki Joe Abney, Sr. | Systems and methods utilizing baffle boxes for washing-out concrete pouring equipment |
| CN105195325A (zh) * | 2014-06-03 | 2015-12-30 | 中国人民大学 | 基于温度调控的铌酸锂热释电材料在吸附大气颗粒物中的应用 |
| CN104677790A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-06-03 | 北京林业大学 | 森林内大气颗粒物的干沉降通量检测系统及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 适用于大中尺度污染物输送模式的粒子干沉降参数化方案;王喜全;《气候与环境研究》;19980630;第3卷(第2期);第124-133页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108170894A (zh) | 2018-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104568686B (zh) | 一种箱体内亚微米颗粒物沉积系数及平均凝并系数的测试系统及方法 | |
| Wang et al. | Long-range transport and regional sources of PM2. 5 in Beijing based on long-term observations from 2005 to 2010 | |
| Noll et al. | Characterization of the deposition of particles from the atmosphere to a flat plate | |
| Jeong et al. | Long-range transport of giant particles in Asian dust identified by physical, mineralogical, and meteorological analysis | |
| CN108170894B (zh) | 输变电设备外绝缘体大气颗粒物干沉降参数化计算方法 | |
| Esmen et al. | Residence time of particles in urban air | |
| CN107704655A (zh) | 一种直流输电导线污秽评估方法及系统 | |
| CN104568691A (zh) | 一种超细微粒数量排放因子的测试系统及方法 | |
| Van Pelt et al. | Design, construction, and calibration of a portable boundary layer wind tunnel for field use | |
| Jiang et al. | Dust contamination on surface of transmission line insulators in air-polluted regions in China: statistical characteristics, adhesion mechanism, and environmental impact factors | |
| CN105527189A (zh) | 一种便携式积尘采集装置及其分析方法 | |
| Zhang et al. | Multi-field coupling and synergistic removal of fine particles in coal-fired flue gas | |
| He et al. | Characteristics of dust deposition on suspended insulators during simulated sandstorm | |
| CN109918770B (zh) | 一种人工增雨去除细颗粒预测模型 | |
| Reid et al. | Geometric/aerodynamic equivalent diameter ratios of ash aggregate aerosols collected in burning Kuwaiti well fields | |
| CN110489864B (zh) | 计及风速、污秽、粒径的防湿雪绝缘子防污特性分析方法 | |
| Mei et al. | Simulation Study on the Influence of Electric Field on Contamination Accumulation Characteristics of Insulator | |
| CN104568685A (zh) | 一种箱体内超细微粒沉积系数及平均凝并系数的测试系统及方法 | |
| Kirpichnikova et al. | Electron-Ion technology as protection of solar modules from contamination | |
| Xinyu et al. | Study on contamination characteristics of roof insulators under artificial simulated fog-haze and airflow environment | |
| Li et al. | Contamination characteristics of superhydrophobic coated insulators in natural environment and artificial simulation | |
| Zhu et al. | Corona characteristics of HVDC conductors with different surface conditions obtained in a controllable accelerating contamination depositing apparatus | |
| Ravelomanantsoa et al. | Insulator pollution processes under winter conditions | |
| CN106560690A (zh) | 一种外循环式车载空气净化器颗粒物数量浓度净化效率测试系统及方法 | |
| Lin et al. | The Research of GIS Discharge Influence Based on Particle Properties in Installation Environment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |