直流架空输电线路的表面缺陷可导致局部场强畸变,当缺陷附近电场超过临界起晕场强后,可出现电晕放电现象。缺陷导线电晕放电通常发生在场强较高的尖端毛刺等部位附近,本文基于小型电晕笼,采用试验及混合数值仿真研究了多因素影响下缺陷导线的电晕放电特性。设计并搭建了一套缺陷导线直流电晕特性试验研究平台。该平台可实现导线电晕放电的试验模拟和电压、电流及光信号采集,试验腔体内相对环境湿度可调节范围为15%-95%,气压可调节范围为60 k Pa-101.3 k Pa。试验及有限元仿真分析表明电晕笼中导线击穿电压与起晕电压的比值为1.24,满足设计要求。所设计的观测窗引起的导线表面电场畸变率小于5%,腔体及电晕笼参数设计合理。试验获得了不同环境因素和缺陷几何结构下缺陷导线的正直流电晕放电特性。研究了半径为5/7.5/10 mm的缺陷导线的起晕电压、放电电流、紫外及可见光图像等电晕放电参数。缺陷导线电晕起始电压随毛刺高度的增加而降低,随毛刺尖端曲率半径、导线半径及气压的增大而升高,随相对环境湿度的增大先降低后升高。导线起晕后,长曝光可见光图像出现扇形发光区,放电电流呈幅值基本稳定、频率随电压升高而增大的脉冲特性。提出了基于光斑面积的电晕起始判据,与常规起晕判据得到的电压结果基本一致。基于流体-化学反应混合数值计算模型,仿真得到了缺陷导线放电过程中各微观特征量的时空演化特性。分析了空气环境下参与放电的12种粒子和35种等离子化学反应,确定了各反应的能量损耗、反应速率及碰撞截面数据等计算参数。放电时,电场强度及电子温度最大值出现在流注头部,头部电子密度维持在约1×1020 m-3;放电电流脉冲上升时间约为几个或十几纳秒,衰减下降时间约为500 ns,电晕电流和起晕电压的仿真结果与试验结果一致。
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