在110k V以上的变电所和线路上, 时常能听到“陛哩”的放电声和淡蓝色的光环, 这就是电晕。电晕是极不均匀电场中所特有的电子崩——流注形式的稳定放电。电晕放电将电能转换成其他能量而消耗掉电能。
电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场, 在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时, 由于空气游离就会发生放电, 形成电晕。因为在电晕的外围电场很弱, 不发生碰撞游离, 电晕外围带电粒子基本都是电离子, 这些离子便形成了电晕放电电流。简单地说, 曲率半径小的导体电极对空气放电, 便产生了电晕。
电力系统中的高压及超高压输电线路导线上发生电晕, 会引起电晕功率损失、无线电干扰、电视干扰以及噪声干扰。对于高电压电气设备, 发生电晕放电会逐渐破坏设备绝缘性能。另外电晕放电现象还会使空气中的气体发生电化学反应, 产生一些腐蚀性的气体, 造成线路的腐蚀。发出可闻噪声有时会超过环境规定的值。但是电力系统中的电晕现象也可以有效的降低雷电冲击波对电力系统的损坏, 对操作过电压也有一定得限制作用。
当导线表面的电场强度超过空气击穿强度时, 靠近导线表面的空气被击穿, 就将电能转换成热、光、可听噪声和无线电干扰等形式释放, 这种能量损失就是高压送电线路的电晕损失。
根据测试数据发现, 超高压线路的电晕损失的变动范围很大, 主要是跟气象条件有关, 在天气好时每公里几千瓦, 在最恶劣的天气时可达每公里几百千瓦。年平均电晕损失只是电阻损失的一小部分, 但是恶劣天气最大的电晕损失对电力用户的用电需要和电力系统备用容量有较大的影响, 必须要发出足够的电力满足此尖峰电晕损失的需要。
对于电晕损失的计算, 人们通过多年的实验及研究, 对试验和现场的数据的统计分析, 以公式表达了电晕的规律。但是, 由于电晕损失是导线几何尺寸、导线电场强度、电压和线路所处地区的气象条件的函数, 十分复杂, 电晕损失的变化极大, 计算电晕损失的准确度不是很高, 但仍可以用作选择导线截面的比较计算。
由于导线周围一定空间电场强度足够大时, 就引起气体分子游离, 以及产生的带电粒子随着电压正负变化而往返运动, 导致能量损失。
在这里就目前的220k V工程设计中采用的组合方式, 在不同运行方式下的导线表面最大工作电场强度计算, 计算结果如图1~图2, 都用EM=f (H) 曲线表示, H为导线对地高度 (米) 。计算采用线电压242k V。
式中:n为导线分裂根数;r为导线半径, cm;C0为导线对地电容;Uφ为相电压;a为分裂间距, cm (采用40cm) (如图1, 图2)
三相线路的年平均电晕功率损失, 为三相导线在各种天气条件 (好天气、雨天、雪天、雾凇天) 产生电晕功率损失的总和。
式中PC为三相总计年平均损失功率, Em1, Em2, Em3分别为三相导线表面电场强度,
雨天除包括一般的降雨天以外, 毛毛雨、雨夹雪以及湿雪天亦属于雨天。雪天是指干雪天, 包括下雪天、雪球以及暴风雪等。雾凇天包括颗粒状或针状结晶的雾凇和坚实的雨凇。除上述以外均属好天气, 包括下雾天和阴天, 还包括考虑电流使导线发热经修正后排除的一部分雨天和雾凇天在内。考虑电流发热修正如下。
(1) 雾凇天计算小时数T4为实际小时数T′4乘上修正系数1k (电流修正发热系数) 。
(2) 雨天的计算小时数, t3为实际雨天小时数t3′乘以修正系数k2。, J1=0.2 j 2r, Jav为平均降雨强度, 1J为临界降雨强度。
(3) 好天气计算小时数t1=t1′+ (1-k1) t4′+ (1-k2) t3′。1t′、t4′、t3′分别为实际好天气、实际雾天和实际下雨天得小时数。
(4) 雪天计算小时数2t, 可由气象资料内查得, 不再做修正。
根据多年的试验数据得知在雾凇天气有最大电晕损失, 最大电晕损失Pcm, =++。
需要注意到, 一条长送电线路的单位长的最大电晕损失不会达到上述值, 因为沿线路的天气几乎不可能一样都是雾凇天。实际线路的最大电晕损失应按沿线天气分段计算求和确定。当利用最大电晕损失的数据来考虑附加电量时, 还应考虑与送电线最大负荷出现的同时率及其出现的概率。当出现雾凇天得概率极小时, 可按雨天损失作为最大电晕损失来考虑附加的电量。
利用以上电晕损失的计算方法, 就可以比较电晕和电阻损失的功率。
根据以上计算方法, 按某220k V线路工程设计提供的参数, 初步计算年平均电晕损失如表1, 其中导线对地平均高度取16m (双回1 5 m) ;L G J-3 0 0导线, E0=1 5.6 k V/c m;线电压2 2 0 k V。
电晕损失的大小除了和导线表面场强, 气象条件有关外, 还与导线表面状况 (有无伤痕等) 和架线施工情况有关。如果地面石头较多, 架线时可能因导线在地面被拖过而磨损, 使该段线在运行初期电晕放电比较厉害, 如有些地方防震锤螺钉装反 (螺杆应朝里, 装成螺杆朝外) 引起该部位电晕放电增加。另外, 采用什么金具以及金具的加工工艺情况也影响线路的电晕损失值。因此要把电晕损失限制在一个适当的范围, 除了设计线路时必须作大量的计算进行经济比较外, 在制造和施工上也是不可忽视的环节。
电晕损失取决于气象条件, 而电阻损失取决于负荷。从220k V~500k V, 甚至更高电压等级的线路, 通常年平均电晕损失为电阻损失的百分之几。在我国一些升压为220k V运行的线路, 因为导线截面小电晕严重, 在导线输送按发热计算的极限负荷下, 年平均电晕损失也仅为电阻损失的25%左右。这说明为了减少电晕损失而增大导线截面是不经济的。随着电路电压等级的增高, 送电负荷增大, 年平均电晕损失与电阻损失之比将趋于减小。另外以上研究的几条220k V线路 (2×LGJ300导线) 的年平均损失均在3k W/km以下。
摘要：电晕损失特别是年平均电晕损失和最大的电晕损失, 对于线路设计的经济指标有着重要的意义, 现将某试验段220kV导线的表面电场强度和电晕损失计算分析如下。
关键词：电晕损失,放电,分析,估算
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