输电线路电晕放电与环境效应

张波，清华大学电机系长聘教授，博士生导师，IEEE高级会员。2004年获全国百篇优秀博士论文提名；2005年清华大学电机系博士后出站留校；2013-2014在加州理工学院访问。研究电力系统电磁环境和电磁兼容、过电压和接地技术。主持国家自然科学基金课题5项,包括国家自然科学基金优秀青年科学基金。获国家科技进步二等奖1项、省部级科技一等奖2项，其他奖励十余项，以及IEEE EMC技术成就奖、雷电防护国际会议科学委员会奖。发表SCI论文70余篇，合作出版英文专著1部，已授权发明专利30余项。 2100433B

第1章绪论

1.1高压架空输电线路与电晕放电

1.2输电线路电晕放电的电磁环境效应和限值

1.2.1交流输电线路地面电场

1.2.2直流输电线路离子流场

1.2.3交、直流输电线路相互接近时的离子流场

1.2.4无线电干扰

1.2.5可听噪声

1.3输电线路电磁环境效应的影响因素

1.4输电线路电磁环境效应研究的现状

参考文献

第2章输电线路电晕特性及环境效应的测试

2.1电晕放电环境效应的测试

2.1.1电晕放电的观测装置

2.1.2电晕电流测量系统

2.1.3可听噪声测试

2.1.4无线电干扰测试

2.1.5地面电场测试

2.1.6地面离子流密度测试

2.1.7平行平板离子流发生器及其应用

2.1.8直流线路离子流场的空间电位测试

2.2电晕放电环境效应研究的试验线段

2.2.1实验室缩尺线段模型

2.2.2户外真型试验线段组成

2.2.3试验场测试设备布置

2.2.4户外真型试验线段与输电线路的等效关系

2.2.5我国的特高压交流试验线段

2.2.6我国的特高压直流试验线段

2.3电晕放电环境效应研究的电晕笼

2.3.1电晕笼原理与基本结构

2.3.2电晕笼设计

2.3.3我国特高压交流电晕笼基本参数

2.3.4我国特高压直流电晕笼基本参数

2.4直流电晕笼与直流输电线路的等效

2.4.1直流等效原理

2.4.2直流等效原理的理论证明

参考文献

第3章电晕放电的条件和离子的迁移特性

3.1工程常用的电晕放电的条件

3.1.1导线电晕放电的伏安关系

3.1.2工程上使用的电晕放电起始条件

3.1.3工程上使用的电晕放电边界条件

3.2电晕起始和自持的机理

3.2.1导线电晕放电的起始判据

3.2.2正电晕的起始和自持

3.2.3负电晕的起始和自持

3.2.4电晕起始判据表达式中的面积因子

3.2.5考虑光子吸收函数的电晕起始判据

3.3电晕的起始条件计算

3.3.1计算参数取值

3.3.2计算流程

3.3.3计算结果

3.3.4起始条件讨论

3.4离子流场的边界条件

3.4.1全空间电晕模型

3.4.2电离区的作用

3.4.3电离区与离子流区的关系

3.4.4大电晕电流下导线表面场强的作用

3.5空气离子迁移率

3.5.1常用离子迁移率和预测公式

3.5.2不同湿度、温度、气压下空气离子迁移率的测试结果

3.5.3考虑湿度、温度、气压影响的空气离子迁移率公式

参考文献

电晕放电的特征是伴有“嘶嘶”的响声，有时有微弱的辉光；当导体上有曲率半径很小的尖端存在时，则发生电晕放电。电晕放电可能指向其他物体也可能不指向某一特定方向。电晕放电时，尖端附近的场强很强，尖端附近气体被电离，电荷可以离开导体；而远离尖端处场强急剧减弱，电离不完全，因而只能建立起微小的电流。电晕放电的特征是伴有“嘶嘶”的响声，有时有微弱的辉光。电晕放电可以是连续放电，也可以是不连续的脉冲放电。电晕放电的能量密度远小于火花放电的能量密度。在某些情况下，如果升高尖端导体的电位，电晕会发展成为通向另一物体的火花。

形成电晕所需电场不均匀的程度与气体的种类有很大关系。在负电性的气体中，当电极为球一平面、电极间隙为球半径时，产生电晕放电。相反，若气体为非负电性气体时，则不产生电晕放电。

电晕放电的极性决定于具有小曲率半径电极的极性。如果曲率半径小的电极带正电位，则发生正电晕放电，反之发生负电晕放电。此外，按提供的电压类型也可将电晕放电分为直流电晕、交流电晕和高频电晕。按出现电晕电极的数目分为单极电晕、双极电晕和多极电晕。

（1）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。进行线路设计时，应选择足够的导线截面积，或采用分裂导线降低导线表面电场的方式，以避免发生电晕。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。电晕放电的空间电荷在一定条件下又有提高间隙击穿强度的作用。当线路出现雷电或操作过电压时，因电晕损失而能削弱过电压幅值。

（2）利用电晕放电可以进行静电除尘、污水处理、空气净化等。

（3）地面上的树木等尖端物体在大地电场作用下的电晕放电是参与大气电平衡的重要环节。

（4）海洋表面溅射水滴上出现的电晕放电可促进海洋中有机物的生成，还可能是地球远古大气中生物前合成氨基酸的有效放电形式之一。

（5）电晕放电的能量可通过光辐射、中性分子流和离子流而作用于材料表面，这些能量的作用是材料表面改性的根本原因。电晕放电过程及在高分子材料表面的作用如图1：电晕放电过程及在高分子材料表面的作用图所示。

输电线路电晕损失是指输电线路电晕放电消耗的能量，简称电晕损失。