CN112130040A - 一种高原淋雨条件输电线路分裂导线起晕场强预测方法 - Google Patents

一种高原淋雨条件输电线路分裂导线起晕场强预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高原淋雨条件输电线路分裂导线起晕场强预测方法，属于输配电技术领域。该方法是以理论推导为基础，并搭建实验模型，以模拟反应高原淋雨环境下各相关联的环境参数的变化，综合实验数据加以修正所获得的预测方法，采用下述数学公式计算完成：
Figure DDA0002698887620000011
式中：其中为起晕场强，为子导线半径，n为导线分裂数，为降雨率。该预测方法准确可靠，可为高原地区淋雨条件下超/特高压架空输电线路建设导线选型提供参考。

Description

一种高原淋雨条件输电线路分裂导线起晕场强预测方法
技术领域
本发明涉及输配电技术领域。
背景技术
相对平原地区，高原地区空气密度较低，电子平均自由程增加，临近导线周围空间的空气分子更容易游离而产生电晕放电，导致起晕场强降低。同时，高原地区降雨条件下，由于雨滴的极化、荷电及形变会进一步畸变导线周围空间的电场，进而对电晕放电产生影响，导致产生较高水平的电晕损耗、可听噪声和无线电干扰水平。
目前，关于高原地区和淋雨条件双重作用对输电线路导线电晕特性的影响研究，尚未有学者开展研究，属于空白状态。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高原淋雨条件输电线路分裂导线起晕场强预测方法，它可为高原地区淋雨条件下超/特高压架空输电线路建设导线选型提供参考。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种高原淋雨条件输电线路分裂导线起晕场强预测方法，该方法是以理论推导为基础，并搭建实验模型，以模拟反应高原淋雨环境下各相关联的环境参数的变化，综合实验数据加以修正所获得的预测方法，采用下述数学公式计算完成：
Figure BDA0002698887600000011
式中：其中Ec为起晕场强，r为子导线半径，n为导线分裂数，p为降雨率。
本发明进一步改进在于：
该方法适用于在海拔2000m以上地区淋雨条件下，下述环境参数下的预测：n≥4；1.34cm＜r＜1.8115cm；0mm/h＜p＜40mm/h。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
该方法是以理论推导为基础，并搭建实验模型，以模拟反应高原淋雨环境下各相关联的环境参数的变化，综合实验数据加以修正所获得的预测方法，预测方法准确可靠，可为高原地区淋雨条件下超/特高压架空输电线路建设导线选型提供参考。
附图说明
图1是附着在导线表面上的雨滴随交流电压周期变化做伸缩运动示意图；
图2是电压为350kV时，无雨滴情况下导线表面电场；
图3是电压为233kV时，导线表面附着雨滴时的电场；
图4是电压为332kV时，导线表面附着雨滴时的电场；
图5是不同电压下无雨滴与附着雨滴时导线表面电场比值k；
图6～8是不同类型导线不同降雨率下起晕场强变化曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
对于单根导线，距离导线x cm处场强g的数学表达式为：
Figure BDA0002698887600000021
其中u为电压，r为子导线半径，s为导线中心点之间的距离。
当u为起晕电压u0时，同时x＝0时，可得：
Figure BDA0002698887600000022
进一步推导可得到：
Figure BDA0002698887600000023
或
Figure BDA0002698887600000031
由上式可以看出，gv为距离导线表面
Figure BDA0002698887600000032
处的电场强度，称为起晕场强，并且从导线表面至距离导线表面
Figure BDA0002698887600000033
处的电场强度为恒为常数，与其他参数无关。距离表面
Figure BDA0002698887600000034
距离的圆周空间为电晕放电的爆发提供初始能量。同时
Figure BDA0002698887600000035
为有效电离区域，成为电离层半径。
同理，引入分裂数n、降雨率降雨率p，将有效电离区域的概念引入，获得了一种高原淋雨条件架空输电线路分裂导线起晕场强预测方法，包括预测场强步骤：
Figure BDA0002698887600000036
其中起晕场强Ec的单位为kV/cm，子导线半径r的单位为cm，降雨率p的单位为mm/h，n为导线分裂数。
拟合上述公式的实验数据获得方法：
试验在国家电网公司在西宁建设的海拔2200m的特高压交流电晕笼中进行，笼形截面为8m×8m，全长35m，电晕笼顶部安装了人工降雨试验设施，通过改变管道进水量，可模拟不同强度降雨率试验条件，实验中，在电晕笼周围部置了4个HOBO小型气象站来记录温湿度、气压及降雨率等参数。
采用集成光电电晕损耗测量系统，通过公式(6)测量分裂导线的电晕损耗P，光脉冲触发保证了光通信电压U、电流I远端数据采集模块的同步采集，克服了电晕电流和电压数据采集中的延时问题。实验采用额定比为3750:1的TRF-800电容分压器测量电压信号。电流信号通过0.5Ω大功率高精度无感电阻采集，采用用正弦波参数法计算相位角
Figure BDA0002698887600000037
Figure BDA0002698887600000041
采用导线类型为如表1所示的钢芯铝绞线，共计12种不同类型导线，导线分裂数从4到8分裂，子导线直径从26.8mm到36.23mm。试验在晴朗无风天气下进行。海拔2000m试验过程中温度变化范围为12.3℃～16.8℃，变化范围小于5℃，相对湿度变化范围为60％～67％，在7％范围内变化，气压为77.965～78.455kPa，变化范围小于1kPa。在对试验结果的分析过程中，考虑分裂数、子导线半径、降雨率对分裂导线起晕特性的影响。应用紫外成像仪对晴朗、降雨率为20mm/h淋雨条件下情况下电晕放电强度进行了观察。淋雨情况下的电晕试验，导线周围空间及导线表面被雨滴均匀覆盖，电晕放电基本都是较为均匀的出现在导线全线，随着导线表面场强升降，电晕放电的强度也出现增减，体现在光子数上就是光子数的增多或减少，个别特别强烈的电晕点的数量相对较少。
淋雨条件下，雨滴附着在导线表面，雨滴曲率半径较小较大，导致电场畸变，使得导线起晕场强降低。导线表面雨滴随交流电压周期变化做伸缩运动，运动频率为二倍频，见图1。
在图1电压变化过程中，雨滴形状正好经历了一个周期。当电压为最大幅值时，雨滴为扁平态；当电压过零时，雨滴为尖细态。
当雨滴为扁平态，曲率半径最大，电场畸变最小，此时雨滴对起晕影响最小。雨滴为尖细态，曲率半径最小，电场畸变最小，此时雨滴对起晕影响最大。
图2为无雨滴导线表面电场，为16kV/cm，图3和图4分别为不同电压下导线表面附着雨滴时的电场，较无雨滴导线表面电场增加了25％和11.25。图5给出了无雨滴与附着雨滴时导线表面电场比值(畸变系数)K。
导线周围的雨滴，对于分裂导线起晕特性的影响主要在电离区，主要表现在四个方面：
第一方面：导线周围及表面雨滴在交变电场下发生形变、破裂及凝并等过程，其本身的极化作用畸变了空间电场，改变了碰撞电离系数和电子吸附系数；
第二方面：雨滴表面荷电，带有电荷量的雨滴畸变了空间电场，改变了碰撞电离系数和电子吸附系数；
第三方面：雨滴阻挡光子触及导线表面发射二次光电子，使放电过程中的一些基本物理参量如有效光子吸附几何系数和光电子辐射系数发生改变。
第四方面：在电压正半轴内，雨滴荷正电，此时雨滴在导线正上方，此时发生电压极性反转，导致雨滴与导线产生剩余击穿现象。
四方面影响共同作用，使淋雨条件下观察到的紫外光子数量大大的增加，即导线电晕放电活动程度加剧。相同电压下淋雨条件下比晴朗条件光子数目要大很多，且相比较晴朗天气，导线先由微弱的放电点发展到新的放电点增加，而在淋雨过程中，放电点的出现更随机，分布范围更广。
起晕场强试验结果见表2，随降雨率变化趋势见图6～图8。在降雨率0-40mm/h范围内，当降雨率为0-6mm/h时，随着降雨率增加，分裂导线起晕场强急剧下降。当降雨率大于6mm/h时，随着降雨率增加，分裂导线起晕场强下降缓慢，趋于饱和，整体接近指数变化。
分析可知，在试验降雨率范围内，起晕场强随降雨率的增加呈准线性关系变化，如公式(7)，式中，y0、A和R0为常数，p为降雨率。
Figure BDA0002698887600000051
通过单根导线起晕场强分析理论，起晕场强随子导线半径、分裂数及降雨率的变化规律，提出了高原地区淋雨条件下架空线路分裂导线起晕场强计算见式(8)，式中，k1、k2、k3、k4、k5、k6均为常数。
Figure BDA0002698887600000061
获得了起晕场强公式与子导线半径r、导线分裂数n、降雨率p的关系式如式(5)。对高原地区淋雨条件下起晕场强计算公式进行了统计检验，具体结果如表3所示。
表1
Figure BDA0002698887600000062
表2
Figure BDA0002698887600000063
表3
Figure BDA0002698887600000064

Claims (2)

1.一种高原淋雨条件输电线路分裂导线起晕场强预测方法，所述方法是以理论推导为基础，并搭建实验模型，以模拟反应高原淋雨环境下各相关联的环境参数的变化，综合实验数据加以修正所获得的预测方法，其特征在于，所述方法采用下述数学公式计算完成：
Figure FDA0002698887590000011
式中：其中Ec为起晕场强，r为子导线半径，n为导线分裂数，p为降雨率。
2.根据权利要求1所述的一种高原淋雨条件输电线路分裂导线起晕场强预测方法，其特征在于：所述方法适用于在海拔2000m以上地区淋雨条件下，下述环境参数下的预测：n≥4；1.34cm＜r＜1.8115cm；0mm/h＜p＜40mm/h。
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