摘要：经济的发展和科技的进步，促进我国的电力需求量逐渐增加。我国能源分布不均以及生产力发展的特点需要走西电东送的能源战略，高压直流输电在此表现出了独特的优势，但因高压直流输电具有很高的电压等级，电晕放电成为不可避免的现象，会造成可听噪声、无线电干扰和电晕损耗等问题，这将会对环境和系统造成不利的影响。本文就高压直流输电线路电晕放电的研究展开探讨。
关键词：高压；直流输电；电晕
高压直流输电线路的电晕是指导线表面的电场强度超过一定的临界值后，引起导线周围的空气产生电离所引发的一种发光放电现象，电晕放电产生的电荷在电场的作用下在空间中运动，将产生电晕电流。电晕电流直接决定了由电晕放电引起的电晕损耗，而且也是引发诸多电磁环境效应的主要因素。因此，对电晕电流的性进行深入研究对于高压直流输电的线路选型、衡量输电线路运行的经济性具有很重要的意义。
1高压线路电晕产生的机理及影响
1.1高压线路电晕产生的原因
高压输电线路工作时，导线附近存在电场，环境空气中存在大量的自由电荷，这些带电粒子在电场作用下做作定向运动。电场强度的增大，带电粒子在撞击空气中的分子（或原子）过程中所获得的能量也逐渐增大，当电场强度达到某一临界值时，带电粒子在运动过程中获得足够的能量使得空气分子发生电离，此时的电场强度为使气体能够发生电离的临界值。电离后的电子受到电场力作用做定向运动，碰撞空气分子发生电离产生新的电子，新的电子参与碰撞发生新的电离，当电场强度足够强时，更多的电子通过上面过程不断产生，如此反复循环形成电子崩。离子质量与电子质量的差距使得在电场作用下，质量小的电子的运动速度要远远大于质量大的离子的运动速度，碰撞后产生的电子和电离产生的电子分别向各自方向进行扩散，因此电子崩的头部呈球形，电子雪崩如图1所示。图中－号表示电子，＋号表示正离子。当电子雪崩发展到一定程度后转变为流注放电，这时放电为自持放电，也称为电晕放电。
图1 电子雪崩示意图
1.2正极导线的电晕原理
正极直流导线的电压极性是不改变的，故而，电离区和极间区就会在电晕放电产生的电荷空间中积聚后形成。在导线周围很薄的一层电离区，自由电子在电场的作用下主要与氧气和氮气碰撞发生电离，形成电子蹦，产生更多的电子和正离子。初始电子和新产生的电子快速向正极移动，在空间中留下了大量的正离子，这些留下的正离子使导线周围的电场增强，使得空间电离迅速发展，产生更多的电荷。增长着的流注在加上电子崩头部强烈电离作用下非常迅速的进行传播。最好当放电尖端的电场达不到可持续电离时，流注的增长就停止了。此时，空间中的正离子被排斥到外层，使得电场增大，之后气体的碰撞电离又重新出现，从而形成脉冲放电。在电离层外，因为离直流导线距离相对比较远，电场强度不足，没法满足产生空气电离要求。随着导线电压的升高，正离子会在里导线较远的区域积聚，将会起到抑制导线与离子云之间的电场的作用，进入这一弱电区的电子就会与中性原子结合成负离子，同时逐渐向输电导线靠近。随着空间中的负离子靠近导线表面，会在导线附近形成高场强区，并在该高场强区里发生电离现象。如果空间电荷密度到达一定的临界值时，局部的场强足够高，将会在场强中引起击穿，形成一层薄薄的以稳定的正极性辉光层。如果密度不够大，不足以形成击穿，负离子将消失于正极。
1.3电晕放电的危害
电晕放电产生高频脉冲电流含有高次谐波，无线电干扰频率范围比较宽，对正常的通讯设备造成影响，这种影响随着输电线路电压等级的增加而增加。电晕放电还会导致空气进行一些化学反应，生成臭氧、氮氧化物等，它们的强氧化性会对固体介质及一些金属电极造成损腐蚀和损坏。同时，电晕放电产生的能量损耗，降低了电能的传输效率。
2影响高压输电线路电晕的因素
天气情况对电晕的影响。天气的变化能够影响输电线路的起晕场强，从而影响输电线路的电晕，其中对电晕影响最大的天气状况便是降雨。降雨会使雨滴大量的附着在导线的表面，导体表面的雨滴在电场力的作用下形成曲率半径很小的尖端，这种变化使得电场畸变引起导线气晕电压的降低，使输电线路发生电晕放电。附着在导体表面的雨滴增加了电晕损耗，但降雨量的增加增大了雨滴附着在导体表面的能力，使雨滴难以在导体表面附着，降低了输电线路的电晕损耗。（2）导线表面状况对电晕的影响。输电线路表外表的不光滑容易生成极不均匀电场，于曲率半径小的电极邻近产生电晕放电，因而，输电线路表面的状况能够影响电晕放电现象。如灰尘、树叶以及昆虫等沉淀物附着在导体外表，会使导体表面局部电场添加，导致导体附近发生连续放电现象，从而因其电晕现象。随着环境的改变，雾霾天气使得导体外表添加了很多难以清理的附着物，因此，季节在一定程度上同样影响电晕放电。同时，导体自身材质原因所形成的不光滑会使其外表形成曲率半径很小的凸起，从而导致形成电晕放电点，这些凸起物能够使电场发生畸变，在电场不是很大的时候成为电晕的放电点，这些放电点随电场强度的增大发展成为全面电晕，从而构成电晕放电现象。（3）空气湿度对电晕的影响。空气湿度对高压直流输电线路电晕的影响，主要表现在对电晕可听噪声、电晕无线电干扰以及电晕损耗的影响。当空气湿度增加时，增强了空气水分子对电子的吸附能力，捕获大量的自由电子，降低了空气中自由电子的数量，难以达到放电条件，从而抑制了电子崩的发生。但是当湿度达到一定程度时，在导线表面和附近附着更多的水滴，容易形成电晕点。因此，通过修订的Peek公式可知，空气湿度对电晕的影响需要考虑导体半径大小与极性的影响。电晕可听噪声是高压直流输电导体发生电晕时的一种声频干扰，主要因电晕放电过程中的流注放电而产生。在电晕放电过程中，正极性导体流注放电的幅值高、时间长、可听噪声强，负极性导体流注放电的幅值低、频率高、可听噪声低。因此，在高压直流输电工程中，一般忽略负极性导体电晕放电所产生的可听噪声。随着空气湿度的增加，对于正极性导体，大的导体半径可听噪声逐渐减小，小的导体半径可听噪声逐渐增大。高压直流输电线路发生电晕时，导体附近空气被电离产生大量自由运动的电荷，在电场力的作用下，电荷进行定向运动，形成具有脉冲形式的感应电流，从而在线路附近产生无线电干扰。电晕放电时，正极性导体的放电点一般分布在有缺陷的导体表面，放电脉冲幅值大，且很不规则，而负极性导体的放电点分布均匀，脉冲幅值小且大小基本相等。因此，输电线路的无线电干扰主要由正极性导线所产生。随着相对湿度的增加，正极性导体产生的电晕无线电干扰逐渐降低。湿度较大时对大的导体半径具有较明显的影响，但随导体表面电场强度的增大而降低；湿度对小的导体半径影响很小，且不受电场强度变化的影响。因此，雨天中的高压直流输电线路电晕无线电干扰比晴天中的有所降低，干雪时直流输电线路电晕无线电干扰增加，湿雪会使干扰略微减少。
结语
高压交直流并行线路作为一种节约土地资源、提高输电容量的有效方式，具有广阔的应用前景。本文主要就高压直流输电线路的电晕放电进行研究，这对于研究电晕放电以及如何避免高压直流输电线路的电晕放电具有重要的意义。
参考文献
[1]刘振亚．高压交直流电网[M]．北京：中国电力出版社，2016．
[2]董永超.高压输电线路电晕放电在线监测系统研究[D].江苏科技大学,2015.
论文作者:李承伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：电晕论文; 电场论文; 导体论文; 电离论文; 导线论文; 线路论文; 高压论文; 《电力设备》2018年第24期论文;