输变电工程电晕效应与设计实践

第1部分 基本概念
第1章 高压架空输电线路2
1.1电力系统2
1.2高压交流输电线路3
1.2.1发展史3
1.2.2输电容量3
1.2.3线路结构4
1.3高压直流输电线路5
1.3.1发展史5
1.3.2技术和经济考虑6
1.3.3线路结构6
1.4输电线路电磁建模7
1.4.1理想化线路结构7
1.4.2场论建模8
1.4.3多导体传输线建模10
1.5电气设计注意事项10
1.6气象条件影响和电晕效应统计描述11
参考文献13

第2章 导线表面电场15
2.1概述15
2.1.1分裂导线15
2.1.2常用术语定义16
2.2导线表面电场计算17
2.2.1孤立导线17
2.2.2地面上方单根导线18
2.3单导线输电线路18
2.4孤立分裂导线20
2.4.1分裂导线等效半径22
2.4.2实际线路中的应用22
2.5准确方法23
2.5.1连续镜像法23
2.5.2矩量法26
2.5.3模拟电荷法28
参考文献29

第3章 电晕和间隙放电31
3.1基本电离过程31
3.1.1电离和激发32
3.1.2电子附着与脱附33
3.1.3复合33
3.1.4导线表面电子发射34
3.1.5带电粒子的扩散和漂移34
3.1.6空气中基本放电参数35
3.2放电现象36
3.3空气中圆柱形导线表面电晕放电38
3.3.1负直流电晕模式38
3.3.2正直流电晕模式40
3.3.3交流电晕模式43
3.4电晕放电电流44
3.4.1Shockley-Ramo定理44
3.4.2同轴圆柱结构中的感应电流46
3.5电晕起始场强48
3.6间隙放电49
参考文献50


第2部分 交流输电线路
第4章 电晕损失和臭氧53
4.1交流电晕损耗的物理本质53
4.2电晕损耗理论分析55
4.3电晕损耗激发函数57
4.4电晕损耗影响因素58
4.5电晕损耗经验预测方法60
4.6臭氧62
参考文献62

第5章 电磁干扰64
5.1概述64
5.2电晕产生电磁干扰的物理描述65
5.3电晕脉冲的频域分析65
5.3.1傅里叶分析66
5.3.2功率谱密度68
5.4RI激发函数69
5.5传播分析71
5.5.1单导线71
5.5.2多导体传输线：简化分析73
5.5.3带地线的输电线路77
5.5.4模态衰减常数77
5.5.5多导体传输线：更精确方法78
5.6输电线路RI特性的影响因素82
5.7评估RI的经验和半经验方法84
5.7.1经验方法84
5.7.2半经验方法86
5.8电晕放电TVI预测87
附录5A88
参考文献91

第6章可听噪声93
6.1概述93
6.2电晕产生可听噪声的物理描述93
6.3可听噪声传播的理论分析94
6.4输电线路的可听噪声特性97
6.5输电线路可听噪声预测98
参考文献99


第3部分 直流输电线路
第7章空间电荷与电晕损耗101
7.1单极直流输电线路101
7.1.1单极电晕放电的物理描述101
7.1.2单极电晕控制方程102
7.1.3简单结构分析103
7.1.4导线-平面结构的简化分析105
7.1.5一般单极输电线路结构分析106
7.2双极直流输电线路108
7.2.1双极电晕的物理描述108
7.2.2双极电晕控制方程109
7.2.3简化分析110
7.2.4一般双极传输线结构分析110
7.3改进分析方法112
7.3.1与实验比较112
7.3.2改进方法的局限性113
7.4影响空间电荷场和电晕损耗的因素115
7.5经验方法116
附录7A单极和双极空间电荷场的一些计算问题118
7A.1无空间电荷电场的通量线轨迹118
7A.2非线性两点边值问题的数值解119
参考文献120

第8章无线干扰与可听噪声123
8.1概述123
8.2RI分析及特点124
8.2.1单极线124
8.2.2双极线125
8.2.3RI特性126
8.3可听噪声分析及特性127
8.4RI和AN经验计算方法128
8.4.1无线电干扰128
8.4.2可听噪声129
8.5交/直流混合输电线路130
8.5.1电场和空间电荷环境130
8.5.2电晕效应评估131
参考文献132


第4部分 测试和设计
第9章电晕效应评估的测量方法和试验技术135
9.1概述135
9.2电晕试验方法135
9.2.1实验室电晕笼136
9.2.2户外大电晕笼137
9.2.3户外试验线段138
9.2.4运行线路139
9.3电晕起始场强测定139
9.3.1导线测试139
9.3.2金具测试140
9.4电晕损耗测量141
9.4.1交流电晕损耗141
9.4.2直流电晕损耗143
9.5短线路上RI和AN的测量和解释143
9.5.1短单导线线路RI143
9.5.2短多导线线路RI148
9.5.3短线路AN149
9.6测量RI的仪器和方法150
9.6.1仪器150
9.6.2测量方法153
9.7AN仪器和测量方法154
9.7.1仪器154
9.7.2测量方法155
9.8直流电场和空间电荷环境参数测量156
9.8.1电场156
9.8.2离子电流密度159
9.8.3单极电荷密度159
9.8.4其他参数160
9.8.5测量方法160
参考文献161

第10章设计注意事项165
10.1概述165
10.2电晕损耗对线路设计的影响166
10.3RI设计准则166
10.4AN设计准则169
10.5直流电场和离子电流设计准则171
10.6考虑电晕效应的输电线路整体设计172
参考文献174


第5部分 沙尘条件下超/特高压输电线路电晕特性研究（案例1）
第11章高海拔沙尘条件下特高压输电线路导线电晕特性实验系统研制与优化177
11.1沙尘参数选取177
11.1.1风速177
11.1.2沙尘颗粒度178
11.1.3沙尘浓度179
11.2沙尘天气模拟装置的研制与优化180
11.2.1喷沙方案初步拟定181
11.2.2喷沙方案对比分析182
11.2.3供气系统设计184
11.2.4给沙系统设计185
11.2.5沙尘模拟系统整体布置186
11.3沙尘条件下导线电晕损失特性测量系统的研制与优化188
11.3.1基于光纤传输的导线电晕损失特性测量系统188
11.3.2电晕放电强度检测系统192
11.3.3GPS无线传输的导线电晕损失特性测量系统193
11.4试验布置及试验方法194
11.4.1试验布置194
11.4.2试验方法195

第12章高海拔沙尘条件下电晕放电起始判定方法研究199
12.1五种电晕起始判定方法及*优判定方法199
12.2沙尘条件下特高压交流输电线路导线电晕起始特性试验结果201
12.3沙尘条件下超/特高压正/负极性直流电压下分裂导线电晕起始特性试验结果203
12.4沙尘条件对导线电晕放电强度的影响207
12.4.1交流导线情况207
12.4.2直流导线情况208

第13章高海拔不同沙尘条件对典型超/特高压输电线路导线起始电晕场强的影响规律210
13.1交流导线起晕场强的影响规律研究及修正曲线210
13.1.1导线直径的影响规律研究210
13.1.2分裂数的影响规律研究211
13.1.3沙尘浓度的影响规律研究212
13.1.4沙尘粒径的影响规律研究214
13.1.5海拔高度的影响规律研究216
13.2直流导线起晕场强的影响规律研究及修正曲线217
13.2.1导线直径的影响规律研究217
13.2.2分裂数的影响规律研究218
13.2.3沙尘浓度的影响规律研究220
13.2.4淋雨量的影响规律研究221
13.3沙尘条件下宽频带电晕电流时域频域特性222

第14章高海沷不同沙尘条件对典型超/特高压输电线路导线电晕损失的影响规规及修正曲线224
14.1交流导线电晕损失的影响规律研究及关系曲线225
14.1.1导线直径的影响规律研究225
14.1.2分裂数的影响规律研究226
14.1.3导线表面场强的影响规律研究227
14.1.4沙尘粒径的影响规律研究227
14.1.5沙尘浓度的影响规律研究229
14.2直流导线电晕损失的影响规律研究及关系曲线230
14.2.1导线直径的影响规律研究230
14.2.2分裂数的影响规律研究234
14.2.3导线表面场强的影响规律研究235
14.2.4沙尘粒径的影响规律研究238
14.2.5沙尘浓度的影响规律研究238

第15章高海拔沙尘地区超/特高压输电线路导线起晕场强预测方法研究242
15.1交流分裂导线起晕场强预测方法242
15.1.1考虑海拔因素的晴好天气下起晕场强预测方法242
15.1.2沙尘条件下起晕场强预测方法243
15.2直流分裂导线起晕场强预测方法244
15.2.1考虑海拔因素的晴好天气下起晕场强预测方法244
15.2.2沙尘条件下起晕场强预测方法244
15.2.3淋雨条件下起晕场强预测方法245
15.3起晕场强预测方法评估245

第16章考虑沙尘荷电影响的三维电晕损失计算模型246
16.1螺旋模拟电荷及边界点坐标246
16.2电晕起始和空间电荷发射249
16.3空间电荷迁移与复合250
16.3.1不同温湿度气压下关键参数正负离子迁移率获取251
16.3.2沙尘颗粒在交流离子流场中荷电迁移运动模型256
16.4电晕损失计算与实测验证266
16.4.1小电晕笼中单根绞线电晕损失计算分析266
16.4.2特高压电晕笼中含弧垂分裂导线电晕损失计算分析270
16.4.3特高压电晕笼中沙尘条件下分裂导线电晕损失计算分析271
参考文献272

第17章复杂环境下750kV同塔四回输电线路导线电晕损失评估273
17.1同塔四回750kV输电线路概况与场强仿真计算273
17.1.1线路概况273
17.1.2有限元几何计算模型以及边界条件276
17.1.3导线表面*大平均有效场强的计算结果278
17.26×LGJ-500/45导线电晕损失以及海拔校正281
17.2.1环境气候实验室与沙尘模拟系统281
17.2.2电晕笼与试验方法282
17.2.36×LGJ-500/45导线电晕损失随海拔的变换关系284
17.2.4电晕损失海拔校正286
17.3不同塔型以及相序下同塔四回750kV输电线路电晕损失估算288
17.3.1电晕损失等效288
17.3.2晴朗天气下电晕损失估算方法290
17.3.3雨雪雾天气下电晕损失估算方法291
17.3.4风沙天气下电晕损失估算方法295
17.3.5实际线路总电晕损失估算297
17.3.6750kV同塔四回*优布置以及电晕损失与线损的比较297
17.3.7实际线路电晕损失随海拔变化关系298
参考文献299


第6部分 不同海沷地区超高压交流输变电工程金具起晕特性研究（案例2）
第18章超高压交流金具表面场强分布计算与影响规律研究301
18.1屏蔽球表面场强分布计算与影响规律研究301
18.1.1屏蔽球表面场强分布计算301
18.1.2屏蔽球表面场强分布影响规律302
18.2均压环表面场强分布计算与影响规律研究302
18.2.1马鞍形均压环表面场强分布计算与影响规律研究303
18.2.2椭圆形和圆形均压环表面场强分布计算与影响规律研究304
18.3间隔棒表面场强分布计算与影响规律研究307
18.3.1间隔棒表面场强分布计算307
18.3.2间隔棒表面场强分布影响规律307

第19章不同海拔地区金具起晕场强试验309
19.1不同海拔地区屏蔽球起晕场强试验309
19.1.1低海拔屏蔽球起晕场强试验309
19.1.2高海拔屏蔽球起晕场强试验311
19.1.3不同海拔地区屏蔽球起晕场强结果分析313
19.2不同海拔地区均压环起晕场强试验314
19.2.1低海拔均压环起晕场强试验314
19.2.2高海拔均压环起晕场强试验316
19.2.3不同海拔地区均压环起晕场强结果分析316
19.3不同海拔地区间隔棒起晕场强试验320
19.3.1低海拔间隔棒起晕场强试验320
19.3.2高海拔间隔棒起晕场强试验321

第20章金具起晕场强计算物理模型323
20.1屏蔽球起晕场强计算物理模型323
20.1.1屏蔽球表面光电子发射模型323
20.1.2适用于屏蔽球结构的光子几何吸收面积因子325
20.1.3物理模型中各个系数的取值325
20.1.4起晕场强计算物理模型验证326
20.2均压环起晕场强计算物理模型328
20.2.1均压环表面光电子发射模型328
20.2.2适用于均压环结构的光子几何吸收面积因子328
20.2.3起晕场强计算物理模型验证329
20.3间隔棒起晕场强计算物理模型331
20.3.1间隔棒表面光电子发射模型331
20.3.2适用于间隔棒结构的光子几何吸收面积因子331
20.3.3起晕场强计算物理模型验证333
20.3.4不同尺寸间隔棒起晕场强数值仿真333
20.4环境因素对起晕场强的影响机制335
20.4.1气压对起晕场强的影响335
20.4.2湿度对起晕场强的影响336
20.4.3温度对起晕场强的影响336
参考文献338