高湿条件下基于凝露分布模型的导线电晕起始电压预测
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胡琴 何高辉 彭华东 李永福 舒立春
DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.170111
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导语
湿度是影响输电线路导线电晕起始电压的重要因素。本文基于换热模型和分形理论建立了适用于高湿度条件下导线的凝露分布模型并得到了凝露的尺寸和分布规律。将凝露分布模型得到的参数通过有限元方法计算得到凝露时的电场分布，代入电晕放电的光电离模型，计算得到电晕起始电压的预测值。试验得到的电晕起始电压和预测值的误差小于5 %，证明本文提出的方法可适用于高湿度条件下导线电晕起始电压的预测。
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研究背景所
我国“西电东送”的南、北、中走廊均经过高湿度地区，部分地区相对湿度可达90%以上。而国内外研究表明湿度对电晕起始电压的影响非常复杂，迄今尚未形成定论。实际输电线路中，当环境温度急剧上升时，空气温度会暂时高于导线温度，在高湿度条件配合下，导线会发生凝露。由于不同温、湿度条件下露珠的尺寸及分布不同，导致现有模型计算结果与试验结果之间误差高达15.7%。
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论文所解决的问题及意义所解决的问题及意义
本文通过解决高湿度条件下导线表面凝露的分布预测问题，得到了给定环境条件下的导线凝露最大液滴尺寸、平均分布间距等参数，通过有限元仿真得到导线凝露时的电场分布，结合电晕放电光电离模型计算得到相应的导线电晕起始电压，并进行了试验验证。提高了高湿条件下电晕起始电压的预测精度，为高湿度地区输电线路电磁环境研究提供了新思路。
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本文针对高湿度地区输电线路导线表面的凝露现象，首次基于四热阻换热模型和分形理论建立了导线的凝露分布模型并进行了试验验证，如图1所示。将计算得到的导线表面的凝露分布规律以及凝露后导线的电场分布，代入本文作者提出的电晕光电离模型，计算得到电晕起始电压，并通过试验得到的电晕起始电压对计算结果进行了验证。得到的高湿条件下电晕起始电压计算值与试验值如图2所示。
图1 凝露试验照片（左）和分形模型模拟的图像（右）
图2 不同条件下光滑导线电晕起始电压的试验值和计算值（环境温度20℃）
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结论
1）采用本文建立的凝露分布模型计算得到的不同导线温度和不同湿度条件下导线凝露的最大露珠尺寸的计算结果与在人工气候室中得到的试验值吻合较好；得到的导线凝露的分布规律与通过金相显微镜得出的试验结果相似度较高。
2）导线与环境的温差越大、空气湿度越高，电晕起始电压下降越明显；当相对湿度大于80%时，由于电场畸变和水汽对电子的吸附两者的共同作用，电晕起始电压趋于稳定。
3）在凝露分布模型计算得到的几何参数基础上得到了导线凝露时的电场分布，结合电晕光电离模型计算得到的导线凝露时的电晕起始电压与试验值的误差小于5%。
胡琴, 何高辉, 彭华东, 等. 高湿条件下基于凝露分布模型的导线电晕起始电压预测[J]. 电工技术学报, 2018, 33(7): 1634-1640.
Hu Qin, He Gaohui, Peng Huadong, et al. Prediction of conductor corona onset voltage based on condensation-distribution model under high humidity conditions[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(7): 1634-1640.
作者简介
胡琴，男，1981年生，博士，教授，博士生导师，重庆市高校青年骨干教师人选。任国际大电网组织CIGRE D1.35工作组委员、全国输配电协作网金具工作组委员。主要从事复杂环境电气外绝缘及风力发电机防冰技术研究。获国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步奖3项，在国内外学术期刊和国际会议上发表论文80余篇，申请国家发明专利20余项，起草标准3项。