基于電暈籠的直流輸電線路無線電干擾激發(fā)函數(shù)測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高電壓技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于電暈籠的直流輸電線路無線電干 擾激發(fā)函數(shù)測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電暈放電及其引用的電暈損失是輸電線路設(shè)計、建設(shè)和運行時需要考慮的關(guān)鍵問 題之一。電暈損失的根源是導(dǎo)線表面由于電場強度較高而引起的電暈放電，因此，研究電暈 損失需要同時監(jiān)測導(dǎo)線對地電壓和導(dǎo)線電暈放電電流，最直接的方式是在投運的線路上開 展觀測研究。由于電暈放電受季節(jié)、氣候、天氣、海拔等因素的影響巨大，因此在線路上開展 研究需要經(jīng)過多年的統(tǒng)計觀測才能獲得各種因素對電暈損失的影響規(guī)律，且得到的結(jié)果僅 適用于被測導(dǎo)線、給定電壓;對于其他導(dǎo)線、其他電壓下的情況還需要在相應(yīng)的線路上開展 重復(fù)研究，人力、物力、時間等耗費巨大，對于未來將要建設(shè)的新線路，由于沒有測試對象， 無法開展有效測試。另一種研究電暈損失的手段是在模擬建造的實驗線段上開展研究，由 于模擬線段更換導(dǎo)線、改變電壓比較容易，因此對于未來將要建設(shè)的新線路，可W先在模擬 線段上開展預(yù)測研究，研究成本大大降低。但是實驗線段的實驗也需要經(jīng)過多年的統(tǒng)計觀 測才能獲得季節(jié)、氣候、天氣、海拔等各種因素對電暈損失的影響規(guī)律，時間等耗費仍然巨 大。與實際線路和實驗線段測試相比，電暈籠具有投資小、試驗條件可控性強，試驗周期短、 無需高電壓實驗電源等特點，是研究電暈問題的有效工具。
[0003] 在交流線路無線電干擾的研究中，保持電暈籠中導(dǎo)線表面最大電場強度與輸電線 路導(dǎo)線表面最大電場強度相同，則二者的電暈脈沖電流是相同的，因此可W建立無線電干 擾測試的等效關(guān)系。但在直流電暈研究中，運種等效關(guān)系并不成立，加拿大魅北克水電研究 所(IREQ)研究發(fā)現(xiàn)，在保持導(dǎo)線表面最大標(biāo)稱電場強度相同的條件下，電暈籠中導(dǎo)線的無 線電干擾要比輸電線路的無線電干擾大8~15地。其他研究機構(gòu)也得到了類似結(jié)論。上世紀(jì) 八十年代末，日本的化kio Nakano等提出了一種基于電暈籠的測量直流輸電線路無線電干 擾激發(fā)函數(shù)的方法，他們指出電暈籠中導(dǎo)線與實際線路激發(fā)函數(shù)相同的等效條件應(yīng)該是導(dǎo) 線表面最大合成電場強度相同而不是最大標(biāo)稱電場強度相同。但是根據(jù)目前被廣為接受的 Kaptzov假設(shè)，導(dǎo)線起暈之后，導(dǎo)線表面的電場強度將維持在起暈場強不變，因而將最大合 成表面電場強度相同作為等效條件并不是很合適。
[0004] 可見，建立電暈籠與輸電線路的無線電干擾測試等效方法是使用電暈籠來研究無 線電干擾問題的關(guān)鍵，但是目前為止，尚沒有有效的直流電暈籠與輸電線路的無線電干擾 測試等效方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種基于電暈籠的直流輸電線路無 線電干擾激發(fā)函數(shù)測試方法。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于電暈籠的直流輸電線路無線電干擾激發(fā)函 數(shù)測試方法，包括：
[0007] 步驟一、根據(jù)被實驗導(dǎo)線參數(shù)和布置方式、電暈籠參數(shù)計算電暈籠中導(dǎo)線的單位 長電容Cc;
[0008] 步驟二、W電暈籠中導(dǎo)線與籠壁間距離為衡量距離，確定輸電線路導(dǎo)線周圍與輸 電線路之間距離等于該衡量距離的點的位置；
[0009] 步驟Ξ、基于電磁場數(shù)值計算方法，計算輸電線路導(dǎo)線在步驟二中確定的點位置 處產(chǎn)生的電壓，將所有點位置的電壓取電壓平均值；
[0010] 步驟四、將輸電線路導(dǎo)線電壓與步驟Ξ中的電壓平均值相減，得到在電暈籠中施 加在導(dǎo)線與電暈籠之間的等效電壓；
[0011] 步驟五、將該等效電壓施加在導(dǎo)線與電暈籠之間；
[0012] 步驟六、使用禪合電容器將電暈籠中導(dǎo)線的高頻電壓禪合到低壓端，使用無線電 干擾接收機測量禪合電壓化IV;
[0013] 步驟屯、利用電暈籠中導(dǎo)線的單位長電容Cc、禪合電壓化IV獲得輸電線路導(dǎo)線的無 線電干擾激發(fā)函數(shù)Γ。。
[0014] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述單位長電容C。的計算公式為：
[0015] Cc = ^ie〇/ln(R/r)
[0016] 式中:R為電暈籠半徑，r為導(dǎo)線半徑，ε〇為空氣介電常數(shù)。
[0017] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟Ξ包括：
[0018] 電磁場數(shù)值計算方法如下：
[0019] 針對電暈放電空間離子流場的控制方程為：
[0020] 泊松方程
[0021] ^2 巫=-(ρ+-ρ-)/ε〇 (1)
[0022] 離子流方程
[0023] j+ = p+(-k+▽巫+W) (2)
[0024] j- = p-(-k-V&-W) (3)
[002引電流連續(xù)性方程
[0026] V · j^ = -RpV/e (4)
[0027] V · j" = RpV/e (5)
[0028] 其中R為正負離子復(fù)合系數(shù)，e為電子電量，k為離子遷移率，Φ為標(biāo)量電勢，P為電 荷密度，j為電流密度，W為風(fēng)速，ε〇為空氣介電常數(shù)；
[0029] 針對方程（1)~（5)，基于（1)使用有限元計算空間電場，基于(2)~（5)使用特征線 法計算空間電荷分布;兩個計算過程交替進行、互為初始值，直至電場分布收斂到穩(wěn)定；W 電暈籠實驗中所用電暈籠與線路之間的相對位置為依據(jù)找出輸電線路導(dǎo)線周圍相同位置 的各點的電壓，并計算所有點位置電壓的電壓平均值。
[0030] 作為本發(fā)明的進一步改進，無線電干擾激發(fā)函數(shù)Γ。的計算公式為：
[0031]
[0032] 式中，Rm為禪合電容器輸出端的匹配電阻。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0034] 本發(fā)明公開的一種基于電暈籠的直流輸電線路無線電干擾激發(fā)函數(shù)測試方法，通 過選取輸電線路周圍距輸電線路距離與電暈籠中導(dǎo)線與籠壁間距離相等的點之間的電位 差作為直流電暈籠無線電干擾激發(fā)函數(shù)測試時施加電壓的方法，保證了電暈籠和在輸電線 路中導(dǎo)線附近的電場分布相同，從而建立了電暈籠中無線電干擾激發(fā)函數(shù)和實際輸電線路 無線電干擾激發(fā)函數(shù)的等效方法，
[0035] 在電暈籠中得到的無線電干擾激發(fā)函數(shù)可W直接用于實際線路，無需任何修正和 折合；
[0036] 由于直流電暈籠和導(dǎo)線之間的電壓相對于實際線路對地電壓小，因此對測試電源 的輸出電壓能力要求不高；
[0037] 與直流實驗線路和實際線路測試相比，電暈籠測試時間短，能夠模擬季節(jié)、氣候、 天氣、海拔等各種因素影響，研究周期大大縮短。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明一種實施例公開的基于電暈籠的直流輸電線路無線電干擾激發(fā)函數(shù) 測試方法的流程圖；
[0039] 圖2a為本發(fā)明一種實施例公開的縮尺實驗系統(tǒng)的布置示意圖；
[0040] 圖化為本發(fā)明一種實施例公開的電暈籠實驗電氣連接圖；
[0041] 圖3為本發(fā)明一種實施例公開的電暈籠導(dǎo)線和縮尺線路導(dǎo)線無線電干擾激發(fā)函數(shù) 測量結(jié)果。
【具體實施方式】
[0042] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0043] 下面結(jié)合附圖1-3對本發(fā)明做進一步的詳細描述：
[0044] 本發(fā)明從電暈電流W及無線電干擾產(chǎn)生的機理出發(fā)，分析電暈籠與輸電線路等效 的本質(zhì)。結(jié)合直流電暈無線電干擾的特點，提出一種基于電暈籠的直流輸電線路無線電干 擾激發(fā)函數(shù)測試方法，并設(shè)計實驗進行驗證。其基本原理如下：
[0045] 電暈電流是由導(dǎo)體周圍的電荷運動感應(yīng)產(chǎn)生的，在同軸圓柱電極中，電荷qoW速 度Vqo = dp/化沿徑向運動時，在導(dǎo)體上感應(yīng)產(chǎn)生的電流i為：
[0046]
化）
[0047] 式中P為電荷相對于導(dǎo)線的位置，r為導(dǎo)線半徑，R大地鏡像導(dǎo)線距電荷的距離。
[004引無線電干擾是電暈電流高頻部分產(chǎn)生的效應(yīng)，因而主要由電子運動決定，實際上 就是電子崩的發(fā)展決定，所W尋找電暈籠與輸電線路無線電干擾的等效條件，就是要尋找 在何種條件下，導(dǎo)線周圍電子的運動相同。無線電干擾激發(fā)函數(shù)時域的定義式：
[0049]
巧
[0050] 可見，無線電干擾激發(fā)函數(shù)就是描述電子運動的函數(shù)，因而尋找電暈籠與輸電線 路無線電干擾的等效條件就是尋找激發(fā)函數(shù)相同的條件。激發(fā)函數(shù)隨時間的變化取決于電 子數(shù)量、電子運動速度VqoW及電荷位置P隨時間的變化。而電子數(shù)量和運動速度VqO取決于 導(dǎo)體附近的電場分布，電荷位置P取決于電子產(chǎn)生的位置W及電子運動速度。由此可見，電 子的運動取決于導(dǎo)線附近電場的分布，所W激發(fā)函數(shù)取決于導(dǎo)線附近的電場分布。因此，在 保證電暈籠與輸電線路中導(dǎo)線附近的電場分布相同，激發(fā)函數(shù)f(t) 一定是相同的。
[0051] 因此問題的關(guān)鍵是如何保證電暈籠與輸電線路電場強度的空間分布一致。實際中 由于直流電暈下空間電荷的存在，即使電暈籠導(dǎo)線與輸電線路導(dǎo)線表面的電場強度一致， 兩者周圍的空間電場分布也不一致。并且根據(jù)目前被廣為接受的Kaptzov假設(shè)，導(dǎo)線起暈之 后，導(dǎo)線表面電場強度將維持在起暈場強不變，因而將最大合成表面電場強度相同作為等 效條件并不是很合適。
[0052] 假設(shè)電暈籠中導(dǎo)線與籠壁間距離為D，如果電暈籠與輸電線路電場強度的空間分 布一致，則輸電線路周圍距其距離為D的點與輸電線路之間的電位差將和