00/13d237d1-1a09-404c-80e7-ac6e8acd5b0e国内图书分类号：TM866
国际图书分类号：6213
硕士学位论文
学校代码：10079
密级：公开
导线表面污秽对导线电晕放电的影响规律
硕士研究生：周国杨
导 师：刘云鹏教授
申请学位：工学硕士
学 科：电气工程
专 业：高电压与绝缘技术
所在学院t电气与电子工程学院
答辩日期：2013年3月
授予学位单位：华北电力大学
ClassifledIndex：TM866
U．D．C：621．3
ThesisfortheMasterDegree
ResearchontheInfluenceofthsurface
contaminationOttnep wertransmISSlOn1ineSt tlle
一 一 ¨ ●● ●- ●·l
coronadischargeofthpowertransmissionlines
Candidate：
Supervisor：
DateofDefence：
ZhouGuoyang
Prof．LiuYunpeng
SchoolfElectricalandElectronic
Engineering
March，2013
Degree·-Conferring--Institution：NorthC inaElectricPowerUniversity
华北电力大学硕士学位论文原创性声明
本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《导线表面污秽对导线电晕放电
的影响规律研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独
立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人
已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均
已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。
作者签名： 周l劲 日期：加侈年；月眵日
华北电力大学硕士学位论文使用授权书
《导线表面污秽对导线电晕放电的影响规律研究》系本人在华北电力大学
攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北
电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华
北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或
机构送交论文的复印件和电子版本，同意学校将学位论文的全部或部分内容编入
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本学位论文属于(请在以上相应方框内打“√”)：
保密口，在 年解密后适用本授权书
作者签名：
导师签名：
日期：加乃年；月廖日
日期：汐rs年弓日Ib日
华北l包力大学硕：L学位论文 ，
我国超特高压输电走廊上的环境复杂多变，长期运行于这些地区的高压输电线
路的导线表面会积累污秽。由于导线表面污秽物质的存在必然会对线路的电晕特性
产生影响，而电晕特性又是影响输电线路设计、建设和运行的一个重要因素。因此，
研究导线表面污秽对导线电晕放电影响规律对于指导高压输电线路的设计、建设和
运行具有重要意义。
本文是在1．8mX1．8mX4m规格的实验室小电晕笼中，利用基于光供电光纤传输
方式的电晕损失测量系统对污秽条件下导线电晕放电特性进行了研究。选取高岭
土、沙颗粒和碳颗粒三种典型污秽物作为模拟污秽；选取光滑钢管作为模拟导线，
分别从导线污秽物的沉积量、相对介电常数以及颗粒度三个方面分析导线污秽对导
线放电的影响规律。同时，利用切线法求取导线的起晕电压，分析污秽物对导线起
晕电压的影响。另外，应用有限元方法，通过ANSYS电磁分析软件建立了光滑导
线在有污秽存在的二维电场模型，选取球形和圆锥形两种典型的污秽物模型，从污
秽颗粒的介电常数、颗粒度两个方面分析了导线表面污秽颗粒存在对导线表面电场
研究结果表明：随着污秽物沉积量的增加，导线表面电晕损失逐渐增加，电晕
损失曲线“拐点”左移，起晕电压降低；随着污秽物的相对介电常数的增大，导线
表面电晕损失增加，起晕电压明显降低；随着污秽物颗粒度的增加，导线表面电晕
损失也呈增大的趋势。
关键词：电晕笼，电晕损失，起晕电压，污秽，相对介电常数，颗粒度
华北I乜力大学硕士学位论文
SomeoftheUHVandEHVcrossedareasrecomplicatedandvolatile．andthere
willbelargequantitiesofcontaminationaccumulationonhesurfaceofthehighvoltage
powert ansmissionlines．whichwill1cadtogreatinfluenceonthecoronaonset
characteristicsofthetransmissionline．TheonsetcharacteristiciStheimportantf ctor
thataffectsthedesign，constructionandoperationofthetransmissionline．Therefore，It
willbegreatsignificancefores archingontheInfluenceofthsurfacecontaminationof
thepowertransmissionlinest thecoronadischargeofthpowert ansmissionlinesto
guidethedesign，constructionandoperationofHVtransmissionlinesofsomepollution
Usingthelaboratoryco onacageinsizeof1．8mx1．8mx4mandbaseon0PDL—16
coronalOSSmeasurementsystem，thisarticledotheresearchonconductororona
dischargecharacteristicsinpollutioncondition．Gaolinsoil，sandparticlesandcarbon
particlesareselectedastosimulatepollution．Smoothpipeischosenastosimulative
conductor．Ondeposition，relativedi ectricconstanta dparticlesizeoftheconductor
contamination，weresearchthinfluenceof onductorontaminationtoconductor
coronadischargere ularity．While，usingthetange tmethodt gaintheconductor
coronaonsetvoltage．thenweanalyzeinfluenceof ontaminationtocoronaonset
voltages．Inaddition，intheapplicationoffiniteelementme hodanwiththeANSYS
electromagneticanalysisoftware，westablisha moothcontaminationconductor
two．dimensionalelectricfieldmodel．Sphericalandconicalpo lutantmodelsareelected
tosimulatepollution．Wea alyzeinfluenceofconductorsurfacecontaminationp rticles
toconductorsurfacefieldstrengthondielectric"constantandpar iclesize．
Researchresultsshowthatwiththeincreasedccumulationofcontamination，the
conductorsurfacecoronaIOSSincreasesgradually．coronalOSScurve”inflectionpoint”
iS1eftshift．andthecoronao setvoltagereduces．Withthecontaminationoftherelative
dielectricconstantsi creases，theconductorsurfacecorona10SSincreases．andthecorona
inceptionvoltagedecrease．Withthef lthparticlesizeincreases，theconductorsurface
corona10SSi alSOincreasingtre d．
KeywordS：coronacage，coronaloss，coronaonsetvoltage，contamination，relative
dielectricconstant，particlesize
华北电力大学硕士学位论文
摘 要???????????????????????????????．I
Abstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．I】[
第1章绪论?????????????????????????????1
1．1选题背景与研究意义??????????????????????．1
1．1．1电晕放电的危害??????????????????????．1
1．1．2影响架空输电线路电晕放电的主要因素????????????．3
1．2国内外研究现状????????????????????????．3
1．2．1国内外输电线路电晕损失的研究概况?????????????．3
1．2．2电晕损失测量方法的研究????．?????????????．．4
1．2．3影响电晕损失的因素????????????????????6
13本文完成的工作???????????????????????一?8
第2章实验装置及实验方法??????????????????????9
2．1电晕笼装置??????????????????????．‘????．9
2．1．1电晕笼原理．．???????????????????????．．9
2．1．2电晕笼的分类??????????????????????．．10
2．1．3本文使用的小电晕笼???????????????????．．10
2．2电源??????????????????????????????????????1
2．3电晕损失测量装置???????????????????????1l
2．3．1硬件构成????????????????????????．．1l
2．3．2软件结构????????????????????????．．13
2．4实验方法??????????????????：??．：??????14
2．4．1电晕损失计算方法????????????????????．．14
2．4．2起晕电压的确定方法???????????????????．．17
2．5本章小结???????????????????????????18
第3章导线表面污秽对导线电晕损失的影响??????????????．19
3．1污秽物沉积量对导线电晕损失的影响???????????????19
3．1．1高岭土沉积量对导线电晕损失的影响????????????．．19
3．1．2沙颗粒沉积量对导线电晕损失的影响????????????．．20
3．1．3碳颗粒沉积量对导线电晕损失的影响????????????．．22
3．2污秽物相对介电常数对导线电晕损失的影响????????????24
3．2．1相对介电常数的测定???????????????????．．24
3．2．2污秽相对介电常数对导线电晕损失的影响?．．．????????．．25
1产北Ib力大学硕士学位论文
3．2．3污秽混合物对导线电晕损失的影响?????????????．．27
3．3污秽物颗粒度对导线电晕损失的影响???????????????28
3．3．1污秽物颗粒度??????????????????????．．28
3．3．2污秽物颗粒度对导线电晕损失的影响????????????．．28
3．4本章小结???????????????????????????30
第4章导线表面污秽对导线起晕电压的影响??????????????．32
4．1污秽物沉积量对导线起晕电压的影响???????????????32
4．1．1高岭土沉积量对导线起晕电压的影响????????????．．32
4．1．2沙颗粒沉积量对导线起晕电压的影响????????????．．32
4．1．3碳颗粒沉积量对导线起晕电压的影响????????????．．33
4．2污秽物相对介电常数对导线起晕电压的影响????????????34
4．3污秽物颗粒度对导线起晕电压的影响???????????????35
4．4粗糙系数m的等效计算????????????????????一36
4．5本章小结???????????????????????????37
第5章场强仿真结果及分析?????????????????????．39
5．1有限元数值计算方法?????????????????????．．39
5．2仿真结果???????????????????????????43
5．2．1相对介电常数对导线表面场强的影响????????????．．43
5．2．2颗粒度对导线表面场强的影响???????????????．．46
5．3本章小结???????????????????????????50
第6章结论????????????????????????????．51
参考文献?????????????????????????????．．53
在校期间发表学术论文和参加科研情况????????????????．．57
华北电力大学硕：b学位论文
1．1选题背景与研究意义
交直流输电线路的电晕会伴随着可听噪声、电晕离子电流、电晕损耗和无线
电干扰的出现，这些因素与输电线路电磁环境息息相关。随着我国超特高压输电
线路的建成和运行，电压等级的提高，电磁环境问题将成为输电线路设计、建设
和运行的关键环节。因此必须将其列为重大技术问题的范围之内。
电晕放吲lJ是由于导线表面的电场强度很高，引起空气电离而发生的放电现
象。空气分子的游离强度一般为20．30kV／cm，当输电线路导线表面电场强度超过这
个数值并达到气体电离的临界值，自由电子在撞击前积累的能量足以从气体原子撞
出电子，并产生新的离子，此时在导线附近-d,范围内的空气开始电离，如果导线
附近电场强度足够大，以致气体电离加剧，将产生大量电子和正负离子。电子和正
负离子在电场驱动下又参加到撞击电离的过程中，于是电离过程就像雪崩似的增长
起来，成为电子崩。带有异号电荷的质子相遇，发生电荷的传递、中和而还原为中
性质点的过程称为复合。电子崩的发展过程中，伴随着电离和复合等物理过程，辐
射出大量光子，在黑暗中可以看到在导线附近空间有蓝色的晕光，同时还伴有“咝
咝”声，并产生臭氧和其他生成物。
在交流电压的作用下，由于电晕放电产生的带电离子的复合，激励，将会产
生蓝色的晕光、可听噪声、无线电干扰等，这些效应所消耗的能量，统称为电晕
损失。电晕损失不仅是关系到导线截面选择的一个决定因素，还直接影响到线路
的投资和年运行费用。 ：
1．1．1电晕放电的危害
负极性电晕过程根据其外观，通常分为特里切尔脉冲、稳定辉光和负极性流
注。正极性电晕有三种不同的形式，即起始脉冲、赫姆斯坦辉光和正极性流注。
在交流电压下，所有的电晕模式均可用前面叙述过的。但是前半周产生的空
间电荷，可以改变后半周发生的电晕模式的型式和强度。图1．1概括了交流电压下
可能遇到的不同的电晕模式。
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起始电压f ／ 。＼。。。气／7、 ／
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图1．1交流电压下各种可能的电晕模式
文献[2]中提出工频分量是导线的电晕损失的主要组成部分，由电离子的复合、
激励与反激励所产生的能量损失是导致电晕损失的主要来源。
电晕放电可能会产生多种类型的效应，这些统称为电晕效应。其中包括无线
电、可听噪声、电磁干扰和电晕损失等。
(1)由于空气分子的电离、激励、反激励和复合作用，夜间可以导线周围会出
现淡蓝的荧光，能听到导线发出“嘶嘶”声以及导线周围气体温度升高等。
(2)由于尖端或电极的突出处的存在，在局部强场的驱动下电子和离子将作高
速运动，期间与气体分子交换动量，形成“电风”。当电极固定不够牢固时(例如
悬挂着的导线等)，气体对“电风”的反作用会使电晕极振动甚至转动。在不良天
气条件下下发生电晕时，如果输电线路的机械、电气设计参数配合不佳，由于“电
风”反作用力的累积效应，甚至会使某些档距内的导线作持续的大幅度的低频舞
(3)电晕放电时会出现高频的脉冲电流和高次谐波，会对无线电产生一定的影
响。由电晕放电所产生的无线电干扰已经成为影响输电线路设计和运行的一个关
键性因素【jj。
(4)当天气条件恶劣的情况下，由电离子在电场作用下运动所损耗的能量损耗
也相当客观，可能会影响输电线路的安全经济运行。
(5)电晕放电下，由于离子分子间运动速率、反应速率和反应程度的差异会产
生不同的化学反应，产物如在空气中产生氮氧化物、硝酸和臭氧等。
(6)由电晕所产生的可听噪声对人们生理和心理都会有影响，在500kV及以下
的电力系统，这个问题尚不严重；而在1000kV及以上的电力系统中，这个问题就
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显得尤为重要，必须控制在规定的标准以内。
1．1．2影响架空输电线路电晕放电的主要因素
输电线路导线本身各种参数特性和输电线路周围环境气候是影响交流架空输
电线路电晕放电的两类主要因素：
(1)导线表面状况
影响导线表面状况的有外在和内在两大类因素。外在因素主要有空中降落的
物质，如昆虫、灰尘、蜘蛛网、植物、树叶、鸟粪等。这些外来物附在导线上后，
会影响导线表面场强分布，使局部场强增大，成为电晕源点。内在因素主要有导
线碰伤、导线上的残留金属凸出物以及新金具和新导线上的小毛刺等，这些可能
会成为线路的新电晕放电点，又正是电晕放电作用，会逐渐烧掉这些东西，使其
对电晕放电的作用逐渐变小。
(2)导线附近的物质
当空气中的雨、雪、灰尘等物质落到导线附近时会引起导线表面局部电场的
畸变，从而引起导线放电。同时电场感应的作用会使质点产生极化效应，当质点
未落到导线上时，质点靠近导线感应出与导线相反的电荷使质点与导线之间的电
场强度增大从而产生放电，而当质点接触导线表面的瞬间，导线向质点充电，并
使质点带有与导线相同极性的电荷，根据同性电荷相斥的原理，该质点在电场力
的作用下快速的离开高电场区域。
(3)导线上的水滴
在有雨的天气中，雨水会落到导线表面，然后雨滴会慢慢的顺着导线表面流
动至导线底部悬挂着。由于重力的作用，悬挂于底部的小雨滴会逐渐被拉长，由
于被拉长的尖端存在畸变导线表面局部场强。使其更容易产生电晕放电。
(4)空气相对密度、湿度
电晕起始电场强度会直接受到空气相对密度和气象状况的影响。空气相对密
度增大或湿度减小均会使电晕起始电场强度增大。
1．2国内外研究现状
1．2．1国内外输电线路电晕损失的研究概况
加拿大魁北克水电研究所(IREQ)曾依托两条760m长，电压等级为500kV的
三相水平排列的试验线段，对超高压线路电晕损失进行过测量研究。其结果表明：
在好天气情况下，当导线表面场强梯度在允许范围内时，电晕损失在经济上可以
忽略；在雨雪天情况下，当导线表面上存在水滴或落雪时，导线表面电场出现严
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重畸变，才有显著的电晕损失15,61。此后；IREQ还在电晕笼中对导线分裂数从1
至16的多种导线的可听噪声、电晕损失、无线电干扰等电晕效应进行了试验研究
前苏联结合自己本国环境气候的特点，对单根导线和分裂导线试验线段的电
晕损失也做了大量的研究。他们将气象条件分为4组： 好天气(天气晴朗)、雨
天(毛毛雨)、干雪和雾凇(冰和霜)。研究结果表明：在雾凇的天气情况下，导
线的电晕损失非常大，但其持续时间相对较少，并依据试验数据绘制了电晕损失
统计曲线。此外，最大电晕损失出现在冬天12月到3月的季节【10】。
法国也曾对380kV输电线路和700kV输电线路进行研究并评价电晕损失效应
后得出：运行电压的限度由无线电干扰因素所影响，电晕产生的总功率损失是在
允许范围内是可调的【8，9】。
意大利Suvereto试验站也对1050kV线路三相电晕损失进行过试验研究【12】。
德国的巴登斯坦等人在1945年前后对400千伏试验基地上进行了关于电晕损失
的研究工作，得出了不同的天气和不同的电气情况下的电晕损失的统计曲线【13,14】。
60年代，法国电力公司(EDF)在LesRenardi6res试验站建造了四个相邻的
电晕笼，每个电晕笼的截面为5m×5m，长度150m，并在不同气候环境条件下利
用此电晕笼进行超高压交流线路的电晕特性的研究【15】。
此外，芬兰坦佩雷理工大学(TampereUniversityofTechnology)、南非、瑞典输
电研究院STRI、日本等国家和单位也根据本国国情对输电线路电晕损失特性做了
相应试验研究【17．1引。
目前自行设计的电晕笼在我国也陆续出现，然后根据我国的气象信息和环境条
件进行试验研究并提出了符合我国国情的输电线路电晕损失计算办法。国家电网
公司在特高压试验基地建设了截面边长为10m，笼体长度为70m特高压直流电晕
笼，此电晕笼由于具有模拟降雨系统和模拟降雾系统，因此可以开展相应的自然
环境下输电线路的电晕试验研究。另外，在国网电力科学研究院武汉高压研究所
在特高压交流试验基地为研究特高压输电线路的电晕特性，也先后建设了截面边
长8m，长度为35m的特高压电晕笼，以及边长为6m，长度为10m的可移动电晕
1．2．2电晕损失测量方法的研究
在电晕损失测量中，早期世界各国进行测量时多采用低功率因数表法[17-191，
然而在后来的超／特高压输电线路的电晕损失试验研究中由于低功率因数表测量精
度有限而得到很少应用。根据文献调研结果，1957年后自动平衡电桥在电晕损失
测量中得到了广泛应用，随后得到的大量试验数据和电流曲线对于指导各国超／特
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高压输电线路设计有着突出的贡献。‘电桥法的广泛应用也从试验角度证明了工频
成分是电晕损失的最主要成分。
20世纪60年代美国为了将运行电压从500kV提升至最高运行电压
770kV，进行了一系列无线电干扰、电晕损失等试验【20J。美国电力公司(AEP)，Vernon
L．Chartier,DerrillF．Shank e，NestorKoleio等人依托AppleGrove750kV超高压
工程的775kV试验线段采用自动平衡电桥测量其电晕损失，而后试验数据被应用
于美国电力公司(AEP)765kV输电线路的设计建设【2lj。美国通用电气公司、美国
爱迪生公司也采用电桥法，利用美国超高压工程试验条件，开展过相应的试验研
究【221。此后，美国应用电桥法测量了特高压试验线段9分裂导线及10分裂导线的
可听噪声、电晕损失并得出试验数据[23,24】。
加拿大魁北克水电研究所(IREQ)N．GiaoTr nh，P．SarmaM ruvada于20世
纪7年代初在人工降雨的条件下(17．78mm／h)，对导线直径为23．55mm至77．22mm
导线，分裂数为l至16的多种导线进行了包括可听噪声、无线电干扰和电晕损
失的试验研究【25|。
1997年，芬兰佩雷理工大学(TampereUniversityofTechnology)的K．Lahti，M．
Lahtinen，K．Nousiainen．将小电晕笼安装在环境气候试验室内，采用自动平衡电桥
测量电晕损失的方法研究了白霜下条件下导线的电晕损失【26|。
20世纪80年代，西安高压电器研究所何津云等人在人工气候室内模拟不同
海拔高度的大气条件，采用高压西林电桥反接法，测量龙西线330kV输电线路电
晕损失‘271。
80年代初期，中国电力科学研究院院高压研究所李顺元利用BSO(B订2Si020)
晶体和光纤组成的光纤伏特计和电力系统谐波分析仪对220kV线路电晕损失进
行过测量【2引。
国网电力科学研究院李澍森也曾对500kV试验线段上对导线进行了电晕损失
测量。其方法是：取由耦合电容器与电阻组成的阻容分压器电阻上的电压，电流
从法拉第笼内的高压端直接取一次侧提取，并采用谐波分析仪来计算电压、电流
之间的功率因数，从而获得电晕损失16，71。
(2)低功率因数表法
在文献[8】中， 南非A．E．Loxton和A．C．Britten分别在干燥和潮湿条件下对
长度为85km和143．2km的400kV空载输电线路导线进行电晕损失测量。采用
电容式电压互感器测量电压，电流互感器测量导线电流，并采用低功率因数表测
华北电力大学琐_上学位论文
量电晕损失。
2003年8月至2004年8月，瑞典FransJonasSollerkvist，KlasRoud6n，Andrew
Maxwell和．TrondM．Ohnstad对北瑞典一条长257km，电压等级为400kV的输电
线路进行了电晕损失的测量。利用精度为O．2级电流互感器测量线路两端电流，
利用准确度为0．2级的电容式电压互感器测量相电压，每10分钟测量一次电晕损
失，由GPS实现时域信号同步【9】。
1．2．3影响电晕损失的因素
湿度是导线电晕损失的影响因素之一。随着湿度的不断升高直流电晕离子电
流会逐渐减小【30】，在低气压下湿度对导线电晕损耗的影响更为显著【31]。
文献[32]的结论表明：导线的电晕起始电压随空气温度的提高而逐渐降低，且
电晕起始电压的变化随空气温度的变化呈大致的线性关系。在导线起晕以后，随
空气温度的增加，导线电晕电流也呈线性增长，但增幅较小。另外，在赫姆斯坦
辉光过程的影响下，不同的电压下的正极性导线可听噪声的空气温度修正系数不
同。，而负极性导线可听噪声的空气温度修正系数随着电压增大高而增大。
Ruhling和Diaz研究了湿度和负离子浓度两个影响因素对于正负脉冲电晕起
始电压的影响[33,34】。提出一个假设：负电晕起始电子的产生是由阴极表面突起附
近增强的电场作用加速了空气中负离子脱离的结果。得到如下结论：正电晕情况
下，湿度会提高导线电晕起始电压；负电晕情况下，温度则会降低导线电晕起始
电压；此外，电晕初始电子主要是由负离子的脱离而产生的；。
导线电晕起始电压会随着海拔的升高，气压的降低而明显减d、t35,36]。ElBahy
基于初始电子崩产生的光子在阴极表面至少产生一个光电子发射的理论【371，得到
负气压和电晕起始电压呈线性关系的结论。
文献[39】表明：随湿度的增加，直流正极性导线电晕起始电压略有升高，但升
高幅度不明显。随湿度的增加，直流负极性电晕起始电压变化规律为先升高后降
低，导线电晕起始电压最高时的空气湿度为50％．60％。交流电晕起始电压和空气
湿度的关系与直流负极性情况相似。由于空间水分子的存在，这些水分子吸附了
空间电子，同时水分子还于电子结合形成负离子，所以造成了对电场的畸变，提
从而使得导线起晕电压的升高。导线表面的水分子非均匀附着，则会使电晕起始
电压降低。
文献【40】显示电晕起始电压不受气流方向和速率的影响；气流速率的幅值影响
电流一电压特性；同一电压下电流的幅值随着气流速率的增大先增大后减小。
文献【4l】研究了空气密度对导线电晕起始电压的影响。空气湿度在一定的范围
内时，光滑导线的全面电晕起始电压随相对空气密度减小而下降；随着相对空气
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湿度较低时，全面电晕起始电压影响的特征指数n随相对空气密度在上升。电压相
同时，随着相对空气密度的减小，导线电晕放电量迅速增大。
同时文献[411分析了污秽对导线表面电晕特性的影响，研究表明污秽的盐密和
灰密与导线的电晕放电起始特性无明显的关系。但由于导线上污秽物的存在致使
导线的全面电晕起始电压显著降低，电晕更加强烈。光滑导线全面起晕时的放电
量为4．5nC，而污秽状态下导线全面起晕时的放电量为5．5nC～7．9nC。分析结果后
认为致使导线全面电晕起始电压降低的主要原因是由于导线污秽的存在，使得导
线表面形成了许多的放电尖端从而畸变了导线表面的电场。
文献[421研究了气压变化对导线上挂着的水珠的电晕起始场强的影响规律。试
验发现，水珠电晕起始电压随着空气相对密度的变化可以分为三个区域(见图1．3)：
图1．3导线上挂着的水珠电晕起始场强随着气压变化曲线
文献[431利用模拟电荷法计算分析了导线的一些外在和内在因素对导线电晕
起始电压的影响，这些因素包括导线半径、导线对地高度、涂层电导率和涂层厚
度。得到了如下结论：随着导线半径的增加、距地高度的增大、涂层厚度和涂层
的电导率的增加都会使得导线电晕起始电压的增加。这些影响因素里面导线半径
的影响相对较大，而涂层的电导率相对于其他影响因素来说影响较小。
文献[44】研究了导线表面状态对交、直流电晕特性的影响。取样导线来自煤炭
区海边的被污染的导线，分析并测得导线表面附着的物质无机灰尘最多，碳其次；
而铁、铝、钙金属元素相对较多。试验中用一定密度的盐、碳和灰涂作为试验模
拟污秽物抹在导线上。试验研究发现，运行七年的导线的电晕电流比新导线的电
晕电流分别大l一2倍，大约2倍的数值占比例的10-30％。污秽导线的正极性的电
晕电流要比负极性的大，且在双极性的排列的导线中正极性导线污染程度远比负
极性的严重。
文献[451通过实验分析了导线表面污染情况对导线电晕损失的影响，文中利用
附着在导线表层的油脂上模拟污秽的粗糙度来表征导线的染污状况，用细小的沙
子模拟轻污染：用4mm粗的沙砾模拟重污秽；用5-7mm长的大头针来模拟严重
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污秽。分析结果表明，导线表面系数降低到o．4—0。6以下时为严重污染，当导线表
面严重污染，导线电晕损失将成倍增加。
1．3本文完成的工作
我国超特高压输电走廊上的部分地区环境复杂多变，长期运行于这些地区的
高压输电线路的导线表面会积累污秽。由于导线表面污秽物质的存在必然会对线
路的电晕特性产生显著影响。电晕特性又是影响输电线路建设和运行的一个重要
因素。而对于运行当中的输电线路难以得到输电线路导线的电晕损失，因此可以
采用电晕笼的方法对导线电晕损失进行测量。
综合对国内外文献的调研结果，考虑到影响导线电晕特性的主要因素是表面
场强，而影响污秽导线表面场强的因素主要有导线表面的粗糙程度和污秽物的构
成成分等。本文将从导线上污秽物的沉积量、相对介电常数、颗粒度三个方面着
手分析其对电晕特性的影响。
本文的工作内容主要分为以下几个方面：
(1)利用电晕笼装置对从导线表面污秽物的沉积量、相对介电常数和颗粒度
三个方面对导线电晕特性影响规律进行研究，并运用光纤数字化电晕损失测量系
统对不同污秽状态下的导线电晕损失进行测量，分析影响导线电晕损失变化的因
(2)利用切线法得出导线表面不同状态下的起晕电压，分析导线表面污秽物
的沉积量、相对介电常数和颗粒度对导线起晕电压的影响规律。
(3)利用ANSYS研究了导线表面电场强度随污秽物的相对介电常数变化的
规律，以及导线表面附着不同颗粒度的污秽时电场强度的变化规律。
华北fUJJ大学硕：I：学位论文
2．1电晕笼装置
世界各国大多是在电晕笼中进行对导线电晕特性的试验研究。电晕笼装置优
点：结构调整方便、测量方便、试验条件可控、投资小、试验周期短等。
2．1．1电晕笼原理
电晕笼一般分为为圆形或方形，外壁是一个半径很大的同心网状金属笼，笼
壁通过测量用小电阻接地；由于电晕笼的笼壁与导线距离很近，这就使得施加在
导线上低于输电线路的电压便可以在导线表面产生的场强与实际线路相同；因
此，在电晕笼的中心放置单根或分裂导线便可以模拟实际运行中的输电线路导线
【541。这就使得电晕笼中的导线在较低的实验电压下达到高电压等级的输电线路
导线表面场强水平，以此来模拟高电压等级下导线的电晕特性。
图2．1实际输电线路和电晕笼的简单对比
在结构上，电晕笼一般分为内层和外层以及两个防护段和一个测量段。外层
为直接接地的屏蔽笼，内层为与屏蔽笼之间用支柱绝缘子支撑的电晕测量笼，。
电晕笼两端为防护段，中间段为测量段【551，结构示意图见图2．2。
防护段 澳l量段 药扩段
，‘-，、J”、J，__‘——————+’、————__-—、，—-，、_-—、
芝] 导线 r∈≤ 善
戟，肉楗：I乜晕测量笼／． 、外层；赓蔽笼 、
图2．2电晕笼结构示意图
’产北IU力人学fi|i{I：学位论文
2．1．2电晕笼的分类
(1)大电晕笼
大电晕笼内电晕放电的统计分布一般接近于实际输电线路的电晕放电情况，
为了重现实际线路导线的电晕状态只须笼内导线的平均最大场强与实际线路的
相同。大电晕笼一般使用于户外高压试验场。
(2)小电晕笼
小电晕笼一般长度为2～5m，截面直径为1～2m。只要电晕笼结构设计合理
使得电晕笼中导线表面场强水平近似于实际输电线路的场强水平，便能用来模拟
实际导线的电晕过程。小电晕笼一般在高压实验室使用。
2．1．3本文使用的小电晕笼
本文实验所用的小电晕笼装置是华北电力大学(保定)高压实验室自主研制。
电晕笼一般分为方形和圆形两种，其截面采用对称结构为了使电晕笼内分裂导线
各予导线表面电场分布较一致。无论使用方形或圆形截面都能使得导线表面电场
分布较为均匀，因此两种截面都能较好地模拟实际线路表面电场分布情况并满足
电晕笼试验要求。
由于方形截面加工方便，易于拆卸安装，国外电晕笼方形截面居多。本文所
选电晕笼也为方形截面，其中包括中间的测量段和两侧的防护段。该电晕笼规格
为1．8mX1．8mX4m，由长3m的测量段和两个长0．5m的防护段组成。防护段和
测量段之间无电气连接。见图2．3。
图2．3实验室小电晕笼
华北Jb力大q：tOi：l：学位论文
试验电源为一台额定电压为250kV的交流电源，额定输出容量为50kVA，
额定输出电流为0．2A。如图3．1所示。
2．3电晕损失测量装置
图2．4实验电源
2．3．1硬件构成
本电晕损失测量系统采用了目前国际上技术领先的、世界500强之一的美国
JDSU公式生产的激光功能数据链路系统OPDL．16及自主研发的传感器，完全满
足有关国际和国家标准。OPDL一16的工作原理图见下图所示：
惠压部分远力幔坡
图2．5OPDLl6原理图
％-ILql；Sj人学坝I：学位论文
远端模块安装在高压侧，主要负责采集、调理信号，每个模块可同时采集三
路电流信号。OPDLl6远端模块内部主要包括光／电能转换PPC、A／D转换电路、
电／光转换电路等。监测过程中，由能量光纤传输来的光能经光／电能转换PPC后
转换成电能量，为高压侧AiD转换和电／光转换电路提供电能；A／D转换电路将
采集到的电压模拟信号调制为数字电信号，再通过电／光转换电路将数字电信号
转换成数字光信号，由信号光纤传输回本地模块中进行后续处理。
OPDLl6本地模块安装在低压二次侧操作室内，负责对各个远端模块传来的
信号做同步以及相关的合并处理，并通过USB串口与服务器通信。其内部包括
电源、激光器、驱动电路、信号处理电路、光／电变换电路与D／A转换电路。电
源一方面通过驱动电路和激光器将电能量转换成光能量，由能量光纤传输；另一
方面为光／电转换电路供电。光／电转换电路将信号光纤传输的数字光信号转换成
数字电信号，再通过信号处理电路、D／A转换电路对信号进行调理输出模拟信
号，便可得到所需的电晕电流。远端模块和本地模块如图2．6所示。
(a)远端模块 (b)本地模块
图2．6光电远端模块和本地模块实物图
采用电子式电流互感器OPDLl6测量电流。使用定制的大功率精密电阻直
接串入试验导线，可以保证电阻本身不会被瞬态电压和电流破坏，同时，结合光
纤传输系统的高绝缘性、抗电磁干扰等优点。电流信号通过高精度采样电阻两端
形成电压降被OPDLl6远端模块采集，通过光电转换模块将其转化成数字电信
号，通过光纤传送至本地模块解调还原成电流信号，获得电流幅值和相位信息，
进而通过USB串口送入计算机内并由软件系统分析处理。
在准确测量和采集电压电流信号的基础上，运用虚拟仪器技术、现代数字信
号处理技术实现了对导线电晕损失的准确测量。自主研发的基于光供电光纤传输
方式的电晕损失测量系统可以用于各种条件下的电晕试验。图2．7为计算机平台
中的电晕损失测量系统界面。
华北IU力盐：学坝：}j学位论文
图2．7电晕损失测量系统界面
2．3．2软件结构
通过LabVIEW软件编程实现了对电压信号和电流信号的精准和同步测量，
所应用的正弦波算法和相关函数法也实现了对试验导线上电晕损失的计算。
首先对采集卡数据进行初始参数的设置，然后高精度同时采集电压回路和电
流回路中的电压、电流信号，而后为了进一步提高准确度分别以各回路中存在的
固有误差为准对测量信号进行移相。最后基于J下弦波法计算功率因数角求出电晕
损失值和电晕电流阻性分量。如图2．8所示的测量程序流程图。
’产：|匕IU力人学硕’Ij学位论义
2．4实验方法
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2．4．1电晕损失计算方法
由于电晕损失能量是电压提供的，在发生电晕放电时电压波形畸变的程度不
大，并且电晕损失能量除了少量产生电磁辐射，可听噪声以及电化学反应产生氮
氧化合物和臭氧以外，其余大多主要以热能的形式释放。电晕损失的主要来源是
由正负离子的产生和运动，由于电晕放电产生的自由电子持续时间较短，自由电
子快速运动所产生的电流脉冲主要体现在电磁干扰方面，对电晕损失的影响相对
较小，因此工频分量是电晕损失主要来源。在正弦波参数法和相关函数分析法计
算方法中，包括电压和电流直接的相位角，主要是对工频电压和电流分量的分析。
(1)正弦波参数法
电晕损失公式P=Ulcos●o，求出功率因数角qo是关键所在。
电晕电流i(t)=lmsin(cot十九)，相电压u(t)=U。sin(60t+谚)，则电流砸)和
华北fb力犬学硕J：学位论文
电压“O)可展开为
i(t)=或sincot+DlCOS出t
u(t)=Cosincot+Clcos∞t
瓦甲，Do2』。cos办，D12IⅢsinO，，Co=U。，cosou，Ci=U。COS≯u，由此
谚=tan。1(D1／Do)，痧。=tan一(C1／Co)(2—3)
妒=谚一谚． (2-4)
根据三角函数的正交性，可以计算导出计算Do，D-，Co，C-的公式：
D02手psin嘲 (2_5)
B_；弘coS删， (2-6)
c。=手∽sin蒯， 口7，
c，=净灿s崛 陋8，
由数据采集卡采集信号后可将连续的模拟量转化为离散的数字量，由
LabVIEW软件测量计算，公式变为：
域=而2nf刍,T-2’酊)sin(2刀砉) (2-9)2 刍酊)5in(2刀砉
Dl=嘉2融加啦万旁(2-10，2而若Ⅺ)coS(2万旁 ’
Co=嘉2卧j=O加缸2万旁(2-11)。而∑谢瑚2万旁
Ct=嘉2挚加呶2刀旁 亿㈣Cl2而善岍oS( (2．12)
华北IU力人学硕士学位论文
式中120．02s，工为采样频率，n为计算周期数。
要求出电晕所产生的阻性电流，只须利用正弦波参数法求出电压和电流工频
分量的夹角即可。
(2)相关函数分析法
设电流、电压函数为：f(f)=Asin(cot+O)、“(，)=Bsin(cot+0+万)则电流、
电压的白相关函数及互相关函数分别为
B(。)=当r4sin(耐+目)彳sin(删+臼)z=了12(2-13)
蹦啦知心n(耐删删n(耐删弘等(2-14)
‰(。)=；r“n(∞，+伽sin(耐+口)z=TABc。s(万)(2_15)
牡一s型AB—cos高岛 陋旧．／詹rO、只r0、 、 。7
离散化后，电流、电压的自相关函数及互相关函数分别为
蹦驴而1．r去,r-n1蛳(舻等 (2-17)驴而缶蛳(舻等
蹦0)_嘉’tL砂r-]嘶)一． (2-18)
蹦o)=而1’鍪∽町)：华AB啷(回 (2-19)k(驴 驴M舻丁cos 回
=atCCOS堡盟=arccos』丝!(2-20)
AB 、I／Rx(0)Ry(0)
式中T=O．02s，，s为采样频率，”为计算周期数。由采样数据求得R，、
R，及R。即可算出等效介损角万。
要求出电晕所产生的阻性电流，只须利用相关函数分析法求出电压和电流T
频分量的夹角即可。
华北rb力大学硕士学位论文
(3)瞬时功率求解法
电流i(t)=，，。sin(ot+谚)，电压u(t)=U。sin(cot+唬)，J为电流有效值，u
为电压有效值，妒为功率因数角
P=IUcosq，=专【∽“p)吐 (2—21)
离散化后，
P==鬲1∑彻“(／) (2—22)矾r訇“一“ 、 7
式中T=o．02s，．f为采样频率，n为计算周期数。
通过调研分析，由于受零点漂移和谐波含量的影响，在采样精度有限的情况
下，正弦波参数法精度是要高于相关函数分析法。正弦波参数法和相关函数分析
法都会受到信号频率波动的影响，但这两种方法在信号频率0．5Hz范围内变化
时，其误差均满足工程要求。采用相关函数法时，随机噪声干扰对测量产生的误
差相对较大。
由于上述的原因，本文主要采用正弦波参数法计算导线的电晕损失，其他两
种方法在必要时用于佐证。电压和电流只有在同频率时才作有功，由于空载导线
可以等效于一个电容，其电晕损失可以利用测量介损的思路来测量，故正弦波参
数法和相关函数分析法的关键就是提取电压和电流信号的工频基波信号以此来
来计算其功率因数角。通过LabVIEW中自带的模块可以实现对基波信号的提取。
2．4．2起晕电压的确定方法
导线表面电位梯度达到某一临界点之后，使得导线周围的空气．电离产生的发
光放电，这种现象叫作电晕放电。开始出现电晕放电时给导线所施加的电压称之
为电晕起始电压。
目前，我国对于架空输电线路导线起晕电压的定义还没有统一标准，而导线
起晕电压常用的确定方法有[56，57，58】：
(1)目测法，实验人员在黑暗条件下用肉眼观察导线表面放电情况。观察
者站不同的方位观察导线表面情况，如果观测到有持续的电晕点出现，即可认为
该电压即定为目测的电晕起始电压。由于导线表面状态存在差异或者直流电压极
性的不同，可能导致在相同的实验电压下电晕出现的形式的电晕点的数量不同。
此外，观察者的个人因素、位置的选择等因素都会对测量结果带来一定偏差。所
以，目测法一般不单独用来确定导线的起晕电压，而是通常作为辅助方法与其他
测量手段结合起来使用。
华北lU力人学坝，I：学位论史
(2)电晕脉冲法，通过利用示波器或数据采集卡测量导线上的电晕脉冲，
当电晕电流波形出现稳定的可持续一段时间的脉冲时，一般认为导线已经起晕，
此时所加电压即为电晕电压。
(3)切线法，在电晕理论中，，(U)、J(U)与横轴的交点即是全面起晕电
压uo，E(U)由直线到曲线的转折点的横坐标亦为全面电晕起始电压砜。但由
于局部电晕的影响，I(W)、，(∽与横轴并无交点，E(U)转折点也难以准确定
位。S．A．Sebo于1982年提出在曲线转折部位的前后，分别作曲线的切线，其交
点的横坐标即为全面电晕起始电压砜。(，(U)为电压电晕电流曲线、E(U)为电
压场强曲线、，(U)为电压离子流密度曲线，砜为导线全面起晕电压。)
本文借鉴I(u)曲线，由电晕笼电晕损失测量系统得到电压．电晕损失曲线，
再利用切线法得出导线的电晕起始电压?】。如图2．9所示，当加在导线上的电压
较小时，随着所加电压缓慢增加，导线表面电晕损失基本保持不变；当电压增加
到一定数值之后，随着所加电压的增加，导线表面电晕损失值增长显著。这时对
电晕损失曲线作切线并且反向延长使之相交于横坐标轴，其交点对应的电压值即
为电晕起始电压。
2．5本章小结
图2．9切线法示意图
本章详细介绍了实验中所要用到的实验装置以及实验方法。将导线放置于电
晕笼中央，利用交流电源对导线缓慢的施加电压，通过采集卡和光电模块进行了
对电压电流信号的采集，通过光纤实现了对电压电流信号的传输，电晕损失和电
晕电流由电晕损失测量系统测量完成，对导线的电晕损失曲线利用切线法实现对
导线起晕电压的确定和研究。
1乎北IU力大学t$ii．I：学位论文
第3章导线表面污秽对导线电晕损失的影响
本章选取高岭土、沙颗粒、碳颗粒三种典型物质作为实验模拟污秽物，利用
长6．32m、直径为20．5mm光滑钢管作为模拟导线，利用上一章所介绍的电晕损
失测量系统在1．Sm×1．8m×4m的电晕笼中分别从污秽物的沉积量、介电常数以
及颗粒度这三个方面着手，分析了导线表面污秽物对导线电晕损失的影响。
3．1污秽物沉积量对导线电晕损失的影响
选取高岭土、沙颗粒作为实验模拟污秽，采用定量涂刷的方式将污秽物涂刷
到导线表面，为了使污秽物固定在导线上，先在导线表面涂刷一层油脂。为了防
止油脂层造成导线表面状态改变，尽量保证涂刷均匀以及油脂层尽量薄。为了去
除因涂刷方法数据分散性对实验结果造成的影响，各种物质定量重复试验3次，
每次试验后将导线用酒精擦洗干净重复涂刷相同质量的污秽。对所测的三组数据
取其平均值，作为该种污秽情况下电晕损失数值。
3．1．1高岭土沉积量对导线电晕损失的影响
实验所用直径为20．5mm的光滑干净钢管以及光滑钢管上沉积不同量高岭土
的实物图如3．1所示。
高岭土1．04mg／cm2 高岭土3．12mg／cm2
。社北IU力火学gi．J：学位论文
沙颗粒5．2mg／cm2 沙颗粒10．4mg／cm2
图3．3沙颗粒污秽实物图
图3．4是导线表面沉积不同量高岭土后电晕损失随电压变化的曲线。附着沙
颗粒导线的电晕损失均比干净光滑钢管导线的电晕损失要大。从图中可以看出当
所加电压小于70kV时，导线电晕损失值几乎为零，导线并未发生电晕放电。随
着导线上沙颗粒沉积量的增加，导线电晕损失曲线变化也不同，电晕损失随导线
表面沙颗粒量的增大而增大。
华北IU力人学颂．I：学位论文
一 干净导线 7芑}· 沙颗粒1-04mg／cm2
▲沙颗粒5．2mg／cm2
H『}／ {v沙颗粒10．4mg／cm2
．．—．么落
√l，ii JL一
——-—T——●r
150 80 100 120 140 t60
图3．4表面沙颗粒导线电晕损失测量结果
如表3．2所示，当电压为70kV时，沉积量为1．04mg／cm2沙颗粒导线首先出
现电晕损失：当电压加至120kV时，沉积量为1．04mg／em2沙颗粒电晕损失为
25．38W艋，沉积量为10．4mg／cm2沙颗粒电晕损失为40．68W／m，其电晕损失值约
为前者的1．6倍
表3．2导线表面沉积不同量沙颗粒电晕损火比较
蓖磕(kv) 70 80 100 llO。 120
3．1．3碳颗粒沉积量对导线电晕损失的影响
把污秽物换成沙颗粒重复上述的实验所得沉积不同量沙颗粒的实物图如图
3．5所示。
华北IU力人学颂。I．：学位论文
碳颗粒1．04rng／cm2 碳颗粒3．12mJcm2
图3．5碳颗粒污秽实物图
图3．6是导线表面沉积不同量碳颗粒后电晕损失随电压变化的曲线。附着碳
颗粒导线的电晕损失均比干净光滑钢管导线的电晕损失增大。从图中可以看出，
当电压加至45kV时，附着碳颗粒导线均丌始出现电晕损失，且随着导线上碳颗
粒沉积量的增加，导线电晕损失也出现了增大的趋势，但增幅不大。
．』HINJ,力人学硕．Ij学位论文
60 80 100 120 140
图3．6表面碳颗粒导线电晕损失曲线图
3．2污秽物相对介电常数对导线电晕损失的影晌
3．2．1相对介电常数的测定 一
介电常数占是综合反映电介质极化行为的宏观物理量。电介质在电场作用下
极化能力愈强，其介电常数s值则愈大，导电性也愈好，反之则导电性差。我们
知道：对一个平板电容器来说，当以电介质代替真空时，电容器的电容量将增大，
增大的倍数就叫该电介质的相对介电常数s，(在工程上简称介电常数，记作占，
真空的相对介电常数为1)。从这个意义上说介电常数占就是电容率，由此用公式
F：三 (3．1)
式中占为介质介电常数； C。为电容器极板问为真空时的电容量；C为电容
器极板问为介质时的电容量。
测量时主要用到了以下仪器：精密万用电桥：自制的具有保护电极的三电极
平板电容器。图3．5为三电极平板电容器和测量系统示意图。对于上述自制的三
电极圆形平板电容器来说，在其间充满空气时的理论电容为
华北IU力大学硕二L学位论文
c，，：型 (3．2)
式中％——电容极板间充满空气时的电容；
s——极板有效面积；
d——极板间距离，m；
在测量污秽介电常数的过程中为了减小测量误差，采用具有保护电极的三电
极测量系统，以减小边缘效。
对皇竣 栉晶 万岩毫薪
图3．5相对介电常数测量系统示意图
由此介电常数测量系统我们测出烘干状态下高岭土、沙颗粒的介电常数值如
表3．3所示。
表3．3高岭土、沙颗粒的相对介电常数
3．2．2污秽相对介电常数对导线电晕损失的影响
实验选取介电常数不同的高岭土、沙颗粒和具有一定导电性的碳颗粒作为模
拟污秽物。取高岭土，沙颗粒，碳颗粒质量均49，对应污秽物密度为1．04mg／cm2。
采用上一章所介绍的定量涂刷的方式将污秽物涂刷到直径为20．5mm的模拟导线
表面后测其电晕损失。图3．6为光滑钢管上高岭土和沙颗粒的实物图。
4扣北IU力人学硕．f：学位论文
高岭土1．04mg／cm2 沙颗粒1．04mg／cm2
图3．6高岭土和沙颗粒污秽实物图
图3．7为污秽导线随电压变化的电晕损失曲线图，从图中可以看出导线表面
电晕损失受导线表面污秽物质介电常数影响的，且随着导线表面污秽物介电常数
的增大，导线电晕损失也增大。
一 高岭土1．04mg／cm2
·沙颗粒1．04mg／cm2
f 一|▲碳颗粒1．04mg／cm2v干净导线
|； j、? ●I l|
一_I r 0 }／ ／ 夕 ，f么 _／．
一，了V·r——{
，—互 <二毛●厂rJ晨!一
?‘。’?-?。’’_’。‘_’1P’-——甲一?
图3．7三种污秽颗粒电晕损失曲线
如表3．4所示，当所加电压小于80kV时，导线并未起晕，此时导线电晕损
失几乎为零。当电压加到100kV时，．附着高岭土导线电晕损失为1W／m，而附着
沙颗粒导线电晕损失则达到4．72W／m；当电压到130kV时，附着高岭土导线电
晕损失为17．92W／m，而附着沙颗粒导线电晕损失则达到45．36W／m，其电晕损失
值是前者的2．5倍之多。
表3．4导线表面污秽物不同介电常数电晕损失比较
电压(kV) 60 80 100 110 120 130
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3．2．3污秽混合物对导线电晕损失的影响
取3．2克高岭土混上0．8克碳颗粒作为模拟污秽，对应污秽物密度为
1．04mg／cm2。采用上一章所介绍的定量涂刷的方式将其涂刷到直径为20．5mm的
模拟导线表面后测其电晕损失。图3．8为混合污秽实物图。
图3．8高岭土+碳颗粒混合污秽实物图
图3．9为导线上涂高岭土和混合污秽后导线随电压变化的电晕损失曲线图。
从图中可以看出，在介电常数较低的高岭土中混入具有一定导电性的碳颗粒，导
线表面电晕损失增大。 ．
_1．04mg／cm：高岭十
·0．832mg／cm2高岭十+O．208mg／cm2碳颗粒二
▲干净导线
／ 1 ?、·}
／I／：j一．—<
图4．1沉积不同量高岭十导线起晕电压柱状图
从图4．1及表4．1可以看出，随着导线表面高岭土沉积量的增加，导线起晕
电压逐渐降低。附着0．52mg／cm2高岭土导线起晕电压比干净导线起晕电压降低
3．49％，附着1．04mg／cm2高岭土导线起晕电压比干净导线起晕电压降低12．27％
附着3．12mg／cm2高岭土导线起晕电压比干净导线起晕电压降低17．04％。
表4．1沉积不同浓度高龄土导线起晕电压
4．1．2沙颗粒沉积量对导线起晕电压的影响
在图3．4中，利用切线法得出沉积不同量沙颗粒导线电晕损失起晕电压如图
4．2所示。
华北lU力人学顸．I：学位论文
图4．2沉积不同量沙颗粒导线起晕电压柱状图
从图4．2及表4．2可以看出，随着导线表面沙颗粒沉积量浓度的增加，导线
电晕损失起晕电压逐渐降低。附着1．04mg／cm2沙颗粒导线起晕电压比干净导线
起晕降低24．40％；附着5．2mg／cm2沙颗粒导线起晕电压比干净导线起晕降低
31．41％；附着10—4mg／cm2沙颗粒导线起晕电压比干净导线起晕降低38．41％。
表4．2沉积不同量沙颗粒导线起晕电压
4．1．3碳颗粒沉积量对导线起晕电压的影响
在图3．6中，利用切线法得出沉积不同量碳颗粒导线电晕损失起晕电压如图
4．3所示。
o#北IU力人学坝，卜学位论文
图4．3沉积不同量沙颗粒导线起晕电压柱状图
?从图4．3及表4．3可以看出，随着导线表面碳颗粒沉积量浓度的增加，导线
电晕损失起晕电压逐渐降低，但降低幅度不大。附着1．04mg／cm2沙颗粒导线起
晕电压比附着0．52mg,／cm2碳颗粒起晕电压降低2．8％；附着3．12mg／cm2碳颗粒
导线起晕电压比附着1．04mg／cm2碳颗粒起晕电压降低3．4％。
表4．3沉积不同量碳颗粒导线起晕电压
4．2污秽物相对介电常数对导线起晕电压的影响
在图3．7中，利用切线法得出不同相对介电常数污秽物导线起晕电压如图4．4
图4．4不同相对介电常数污秽物导线起晕电压柱状图
从图4．4及表4．4可以看出，随着导线表面污秽物相对介电常数的增大，导
线表面起晕电压降低。附着高岭土导线起晕电压为122．52kV，而附着沙颗粒的
导线起晕电压为109．64kV，比前者起晕电压降低了10．51％。
表4．4不同相对介电常数污秽导线起晕电压
在图3．9中，利用切线法可以得出污秽中混有碳颗粒的高岭土与纯高岭土导
线起晕电压柱状图如图4．5所示。
华北I乜力人学颂二I：学位论文
图4．5混合污秽物导线起晕电压柱状图
从图4．5及表4．5可以看出，附着带有一定导电性的碳颗粒的高岭土混合物
污秽导线起晕电压比只涂高岭土导线起晕电压有明显降低的趋势。附着高岭土导
线起晕电压为122．52kV，而附着高岭土+碳颗粒导线起晕电压则为103．60kV，比
前者起晕电压降低15．44％。
表4．5混合污秽物导线起晕电压
4．3污秽物颗粒度对导线起晕电压的影响
在图3．12中，利用切线法得出附着不同颗粒度沙颗粒污秽物导线电晕损失
起晕电压柱状图如4．6所示。
1仁北IU力人学顸l：学位论文 ．
图4．6不同颗粒度沙颗粒污秽导线起晕电压柱状图
从图4．6及表4．6中可以看出，随着沙颗粒粒径的增大，导线表面起晕电压
呈逐渐减低的趋势。附着颗粒粒径为0．025cm的污秽导线起晕电压比附着粒径为
0．015导线起晕电压降低了8．84％；附着颗粒粒径粒径为O．055cm的污秽导线起
晕电压比附着粒径为0．025导线起晕电压降低了6．95％。
表4．6不同颗粒度沙颗粒污秽导线起晕电压
4．4粗糙系数m的等效计算
利用皮克公式(式(4—1))，可以近似算出实验室光滑模拟导线起晕场强为
28．21kV／cm(取m=1，占=1)。其中式中，Eo为导线表面场强，kV／cm；r为导线
半径，cm；R为外圆柱半径，cm；m为导线表面粗糙系数；万为空气相对密度。
Eo=21．9柑(1+面0．308)． (4—1)
磊=面V而o (4-2’
对表4．1、4．2、4．3、4．4、4．6利用公式(4．2)可得出污秽导线起晕场强如下
表4．7高岭土导线起晕场强
奚垂—_——————i酶土1．04mg／em2 沙颗粒1．04mg／cm2
华北lU力人学硕士学位论文
起晕场强／kV／cm 21．84 19．91 18．52
公式(4一1)中导线表面场强昂与导线表面粗糙系数m成正比；与导线半径
r成反比。对于同一根导线而言，导线半径r为定值，因此在空气相对密度万一
定的条件下，导线表面场强磊就正比于导线表面粗糙系数rn。我们取光滑干净
钢管的粗糙系数m为1，对应场强28．21kV／cm。对照上述表中的场强值，通过
公式(4—1)便可以得出淫秽导线的等效粗糙系数m值。
表4．12高岭土导线表面等效粗糙系数
类型 高岭土1．04mg／cm2 沙颗粒1．04mg／cm2
等效粗糙系数m 0．839 O．654
从表中可以看出，对于高岭土、沙颗粒和碳颗粒污秽而言，随着导线上污秽
物沉积量的增加，导线所对应的等效粗糙系数均降低：导线上附着介电常数较大
的沙颗粒比附着介电常数较小的高岭土时，导线表面等效粗糙系数降低程度更
大：随着导线上附着沙颗粒的颗粒度增加，其等效粗糙系数也呈降低趋势。
4．5本章小结
本章利用切线法(电晕损失曲线转折部位的前后，分别作切线，其交点的横
坐标即为全面电晕起始电压Uo)确定了不同情况下的导线起晕电压。分别从导
线表面污秽物沉积量、相对介电常数以及颗粒度三个方面分析了导线表面污秽对
导线起晕电压的影响规律。
(1)导线表面污秽物沉积量增加，导线表面的电晕点数量增加，对导线表
面电场畸变程度加剧，导致导线起晕电压逐渐降低。以高岭土为例，附着
0．52mg／cm2高岭土导线起晕电压比干净导线起晕电压降低3．49％，附着
华北I【l力犬学硕．1：学位论文
1．04mg／cm2高岭土导线起晕电压比干净导线起晕电压降低12．27％附着
3．12mg／crn2高岭土导线起晕电压比干净导线起晕电压降低17．04％。
(2)导线表面污秽物相对介电常数增大，导线电晕损失起晕电压逐渐降低。
附着高岭土导线起晕电压为122．52kV，而附着沙颗粒的导线起晕电压为
109．64kV，比前者起晕电压降低了10．5l％。在相对介电常数较低的高岭土中混
入具有一定导电能力的碳颗粒，其电晕电压明显增大。
(3)污秽物粒颗粒粒径增大，其导线表面起晕电压逐渐减低。以沙颗粒为
例，颗粒粒径为0．025cm的污秽导线起晕电压比粒径为0．015导线起晕电压降低
了8．84％；颗粒粒径粒径为0．055cm的污秽导线起晕电压比粒径为O．025导线起
晕电压降低了6．95％。
(4)对于高岭土、沙颗粒和碳颗粒污秽而言，随着导线上污秽物沉积量的
增加，导线所对应的等效粗糙系数均降低。且同等条件下；导线上附着介电常数
较大的沙颗粒比附着介电常数较小的高岭土其等效粗糙系数降低程度更大。随着
导线上附着沙颗粒的颗粒度增加，其等效粗糙系数也呈降低趋势。
华北电力人学颂：}：学位论文 ．
电晕效应与导线表面场强密切相关，应用有限元数值求解的方法，通过
ANSYS软件计算得到了光滑模拟导线表面电场强度，分析污秽物介电常数，以
及形态变化对导线表面场强的影响。
5．1有限元数值计算方法
有限单元法以变分原理和剖分插值为基础。由于静电场的电位分布必然使电
场能量为最小，这样所需求解的电场问题就可以表达为变分问题——求使静电场
能量为最小的电位函数(泛函极值问题)。场域D的电场能量
∥=班I占(警)2+￡(警)12万砒c5山
采用线形插值，即一单元中各点电位应满足下列电位插值函数
伊=甜j+口2r+a3z (5—2)
式中％，口：，口，——随单元而异的系数。
取一单元P进行分析，此单元的三个节点为i，，，m(逆时针排列)，它们的
电位妒及坐标(，．，z)应符合下式
败20／l+口2‘+OE'3zJ，S=r，J，肌
由此可得该单元的％，口2’口3值为．
q二西1(。喜。q叫
铲去(参叫 洚3，
吃=去(。喜。c_
ai25zm—r,,zj
其中 口』=oz，一‘z。
华北IU力人学堪?I：学位论文
三]=圭G，，一?一，c△。为单元之面积， c5—7，
将式(3—2)代入，则单元e的电位插值函数为
舭z)=匹1№+”c砌+(ag+bjr+cjz)缈』+(“。+6，坻城](5·8)
单元P的能量(指单元e绕z轴旋转体的能量)为
由式(3-1)及式(3-2)得知
睨=略。(争2托(参2】2nrdrdz(5-9)
可以证明肛出=等竽小A
其中 ‘=(‘+o+，卅)／3
睨=圭×警卿∥+(∑c∥] (5-13)
一一所乃％
0，，，，．．．．．．．．．．．．．．。，．L
、●●●●●●●●●L，●●●●●●●J
(s上邋上邋
华北Ib力大学硕士学位论文
将式(3—13)展开并整理后得
睨I’去[①。】7[K。】[①。]
[①。】-[仍妒，‰】7
式中【①。卜一单元节点电位列向量；
睁。】7?睁。]的转置矩阵；
[琏】?单元电场系数矩阵，即
七／=百2死8ere(包2+ci2)
％。=警鸭2_2)
‰。c=警(bm2+Cm2)
夺K=鼍脚MJ)
killlff一--弘警M，慨，)
％“品=警∞，6f『『+qc『Jf)
由式(3·16)～(3-18)可知，ix。]是一个对称矩阵，即礁=《．r，J=f，／，m)且其元素
的一般表达式可记为
K文{：r=警帅s+cR’)¨_i^m
为了得到整个场域D的总电场能量，单元P电场能量的表达式(5．16)需作适
当改写。设节点总数为no，单元总数为％。对某一单元P，将由式(5．16)确定的
三阶方阵【K]扩展为如下的no阶方阵
． 华北IU，J人学颂，l：学位论文
f歹0?u，歹0?m歹0
● ? ● ? ●
● ? ● ? ●
％?％?略，
● ? ● ? ●
《．?％?％，
● ? ● ? ●
式(5一19)中小黑点处的元素均为零。式(3一19)中已经假定m>，>“否则各元
素要做调整，以使行、列的次序符合由小到大的顺序。扩展后的矩阵仍是对称
若再将所有接点电位枝用‰no维列向量【Y】表示
[甲]=[妒。妒2?伊‰】7
则单元e的能量可改写为
暖=喜吸=i1凹n瓦][V】 (5-2。)
由于整个场域已剖分为％个单元，所以总电场能量为
矿：羔睨：}甲r％ ：知甲】，[夏】[甲](5-21)(rill)iV]=∑ =寺[甲r =寺[甲】，[K】[甲]
e=l 厶 P=l
式中，【K]为总电场能系数矩阵
[夏】=妻[瓦】(s-22)
即[i】的元素％系由各单元【瓦]中相应的元素巧相加而得
％=∑巧 (5—23)
华北IU力火学硕=l：学位论文
实际上，元素K具有非零值的只有以，为顶点的几个单元中的5个单元1，
2，3，4，5(见图5．1)，元素尼怎具有非零值的只有以_为公共边的两个单元(图5．1
中的4、5两单元)，因此式(5—23)可改写为
L 以H为公≯￥边帕。
单元电场能系数矩阵隧。】是对称的，所以总电场能系数矩阵Ⅸ】也是对称的。
由于静电场的电位分布必然使电场能量为最小，即有：
罢一 ．(5_24)
将式(3—21)带入式(3—24)‘[3。z，导：∑Kvq，j=o(扣1，2?no)。上式便是拉普拉斯方程
的有限元方程。
5．2仿真结果
利用有限元分析软件ANSYS分析了污秽物的相对介电常数和颗粒度对污秽
导线表面场强的影响规律。
5．2．1相对介电常数对导线表面场强的影响
污秽物大致可以分为两类：较圆滑的颗粒和较尖的颗粒，因此选取两种典型
的颗粒形状，一种是球形颗粒，球径为O．1cm；一种是圆锥形颗粒，底面直径
0．1cm，顶角60度，污秽物相对介电常数设定从1至100变化时，导线表面电场
强度仿真如下。选取直径为36．8mm和20．5mm的圆模拟光滑导线。
． 华北IU力火学硕一I：学位论文
图5．2圆锥形颗粒模型 图5．3球形颗粒模型
污秽突起处表面场强随介电常数的变化曲线如图5．4所示，两种突起的顶部
场强都是随着相对介电常数的增加而增大，随后呈现了一定的饱和趋势。导线表
面场强的增大，自由电子在撞击气体原子前所积累的能量也随之增大，电晕放电
的发生在更低的电压下，并且更为剧烈。
40 60 80 100
相对介电常数
(a)钢管(直径36．8mm)
暑／A≤黑嵴
华北电力大学硕：L学位论文
+球形颗粒+锥形颗粒t／r"、?
， 一—_ - - - _ - 一 ·∥
相对介电常数
(b)钢管(直径20．5mm)．
图5．4相对介电常数对表面电场强度的影响
钢管(直径20．5mm)表面场强计算云图如图5．5所示，左列为圆锥形颗粒相
对介电常数变化对导线表面电场强度的影响，右列为球形颗粒相对介电常数变化
对导线表面电场强度的影响。
。导：lElU力人学坝jj学位沦文
相对介电常数5锥形颗粒
相对介电常数10锥形颗粒
相对介电常数5球形颗粒
相对介电常数10球形颗粒
相对介电常数100锥形颗粒 相对介电常数100球形颗粒
图5．5钢管(直径20．5mm)表面场强计算云图
5．2．2颗粒度对导线表面场强的影响
选取球形颗粒，其相对介电常数分别的为5和10，改变污秽物的颗粒粒径
从0．02cm至0．16cm变化时，污秽物突起处场强变化如下图5．10所示。通过仿
真结果可知球型颗粒随着球径的增加，顶部场强减小，但是减小的幅度不大。在
颗粒粒径从O．02cm增大到0．16cm的过程中，对于直径36．8mm的钢管，污秽物
突起处的场强分别从27．05kV／cm和25．08kV／cm减小到24．58kV／cm和
22．68kV／cm。对于直径2．5mm的钢管，污秽物突起处的场强分别从40．59kV／cm
华北Ib力火学硕士学位论文曼曼皇皇曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼蔓I I曼曼曼曼曼皇曼曼!曼詈!詈詈詈詈鼍曼曼曼曼曼舅
并口36．06kV／cm减，J、至034．19kV／cm和30．03kV／cm。
，+圆球颗粒介电常数10十圆球颗粒介电常数5
．：：：二二■＼-、—1——k● 。——L—1
—、k，k●
0．00 O．02 004 0．06 0．08 O．10 0．12 0．14 0．16 0．18
颗粒半径／era
(a)钢管36．8mm
+圆球形介电常数10十圆球形介电常数5
▲ ●、、、●-一’＼～＼一＼、 ＼一
0．00 0．02 0．04 0．06 008 010 0．12 0．14 0．16 0．18
颗粒半径／c=
(b)钢管20．5mm
图5．6场强随圆球颗粒粒径变化曲线
而圆锥颗粒随着其尺寸的增加而略有增大，在颗粒底面直径从O．02cm增大
到0．16cm的过程中，对于直径36．8mm的钢管，污秽物突起处的场强分别从
29．46kV／cm和25．86kV／cm增加到32．62kV／cm和26．71kV／em。对于直径25mm
的钢管，污秽物突起处的场强分别从42．75kV／cm和37．64kV／cm增加到
E。，立、嘿蠼
1仁北IU力人学硕。l?学位论文
47．43kV／cm和39．19kV／cm。结合试验结果，说明沙颗粒中有棱角，较尖的颗粒
比例占多数，造成电晕损失的结果随颗粒度的增大略有增加，增加的幅度较小。
+圆锥颗粒介电常数10+圆锥颗粒介电常数5
?一，夕＼／／／一＼、／／
● ● ●——J—一．、—、，——J
O．02 0．04 0．06 0．08 0．10 0．12 0．14
圆锥底圆半径／era
(a)钢管36．8mm
+圆锥介电常数10+圆锥介电常数5
I -／／．—1—．_
·／“～＼·一一—r—一一～’一一·
0．02 O．04 0．06 008 010 012 0．14
圆锥底圆半径／cm
(b)钢管20．5mm
图5．7场强随圆锥颗粒粒径变化曲线
不同颗粒度球形颗粒和圆锥形颗粒下导线表面空气电场强度的云图如图5．8
所示，其中左侧为球形颗粒下的电场云图，右侧为圆锥形颗粒下的电场云图。
uJ∞，／妥嘿嵴
m。／人≤鬟烬
。扛北IU力大学硕．1j学位论文
球径0．1cm
球径O．06cm
底面圆半径0．1cm
底面圆半径0．08cm
底面圆半径0．06cm
球径0．04cm 底面圆半径0．04cm
图5．8颗粒度对导线表面场强的影响
5．3本章小结
本章应用有限元方法，通过ANSYS软件建立了光滑导线在有污秽存在的二
维电场模型，选取两种典型的污秽物模型，即球形和圆锥形，从污秽颗粒的介电
常数、颗粒度两个方面分析表面有污秽颗粒存在对电场的影响，得到以下结论：
(1)两种突起的顶部场强都是随着相对介电常数的增加而增大，但随后呈
现了一定的饱和趋势。
(2)球形和圆锥形颗粒随着颗粒度的增大呈现两种相反的趋势，球型颗粒
随着球径的增加，顶部场强减小；圆锥型颗粒随着底面直径的增加，顶部场强减
增大；结合试验结果，说明沙颗粒中有棱角，较尖的颗粒比例占多数，造成电晕
损失的结果是随颗粒度的增大有所增加。
华北LU力火学颂土学位论文
本研究课题是在1．8mx1．8mx4m规格的实验室小电晕笼中，利用基于光供
电光纤传输方式电晕损失测量系统对污秽条件下导线电晕放电特性进行了研究。
选取高岭土、沙颗粒和碳颗粒三种典型污秽物作为模拟污秽；选取光滑钢管作为
模拟导线，分别从导线污秽物的沉积量、相对介电常数以及颗粒度三个方面分析
导线污秽对导线放电的影响规律。同时，利用切线法求取导线的电晕起始电压，
分析污秽物对导线起晕电压的影响。另外，应用有限元方法，通过ANSYS电磁
分析软件建立了光滑导线在有污秽存在的二维电场模型，选取球形和圆锥形两种
典型的污秽物模型，从污秽颗粒的介电常数、颗粒度两个方面分析了导线表面污
秽颗粒存在对导线表面电场的影响。研究成果如下：
(1)由于导线上污秽物的存在，使得导线电晕损失比干净导线电晕损失要
大许多。随着沉积污秽物量的增加，导线表面的电晕点数量增加，对导线表面电
场畸变程度加剧，造成电晕损失结果的增加。随着高岭土、沙颗粒沉积量的增加，
导线表面电晕损失增大；随着导线上碳颗粒沉积量的增加，导线电晕损失也出现
了增大的趋势，但增幅不大。
(2)污秽物质相对介电常数是影响导线表面电晕损失的因素之一，且随着
导线表面污秽物介电常数的增大，导线电晕损失也增大。对比相对介电常数为
3．5和4．3的高岭土、沙颗粒可以发现，在所加电压较低时，附着沙颗粒的导线
便先于附着高岭土导线开始电晕放电，且当电压到130kV时，附着高岭土导线
电晕损失为17．92W，m，而附着沙颗粒导线电晕损失则达到45．36Wlm，其电晕损
失值是前者的2．5倍之多。此外，在介电常数较小的高岭土中混入具有一定导电
能力的碳颗粒时，其电晕损失值相对于只涂高岭土的导线损失增大
(3)随着污秽物颗粒度的增加，导线表面电晕损失也增大的趋势，但幅值
不大。以颗粒度为0．015cm、0．025cm和0．055cm的沙颗粒为例，当电压加至140kV
时，导线电晕损失分别为58．87W／m、70．69W／m、79．13W佃。
(4)导线表面污秽物沉积量增加，导线表面的电晕点数量增加，导致导线
起晕电压逐渐降低。以高岭土为例，附着O．52mg／em2高岭土导线起晕电压比干
净导线起晕电压降低3．49％，附着1．04mg／cm2。高岭土导线起晕电压比干净导线
起晕电压降低12．27％附着3．12mg／cm2高岭土导线起晕电压比干净导线起晕电
压降低17．04％。
(5)导线表面污秽物相对介电常数增大，导线电晕损失起晕电压逐渐降低。
附着高岭土导线起晕电压为122．52kV，而附着沙颗粒的导线起晕电压为
109．64kV，比前者起晕电压降低了10．51％。在相对介电常数较低的高岭土中混
入具有～定导电能力的碳颗粒，其电晕电压明显减低。
华北lU力人学预．1：学位论文
(6)污秽物粒颗粒粒径增大，其导线表面起晕电压逐渐减低。以’沙颗粒为
例，颗粒粒径为0．025cm的污秽导线起晕电压比粒径为0．015cm导线起晕电压降
低了8．84％；颗粒粒径为0．055cm的污秽导线起晕电压比粒径为0．025cm导线起
晕电压降低了6．95％。
(7)对于高岭土和沙颗粒污秽而言，随着导线上污秽物沉积量的增加，导
线所对应的等效粗糙系数均降低。且同等条件下，导线上附着介电常数较大的沙
颗粒比附着介电常数较小的高岭土其等效粗糙系数降低程度更大。随着导线上附
着沙颗粒的颗粒度增加，其等效粗糙系数也呈降低趋势。
(8)通过ANSYS仿真，圆形和圆锥形突起的顶部场强都是随着相对介电
常数的增加而增大，随后呈现了一定的饱和趋势。球形和圆锥形颗粒随着颗粒度
的增大呈现两种相反的趋势，球型颗粒随着球径的增加，顶部场强减小；圆锥型
颗粒随着底面直径的增加，顶部场强减增大；结合试验结果，说明沙颗粒中有棱
角，较尖的颗粒比例占多数，造成电晕损失的结果是随颗粒度的增大有所增加。
华北lU力人学硕：J：学位论文
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牛北l【l力人学硕士学位论文
在校期间发表学术论文和参加科研f靓
发表学术论文：
[1]1几种典型污秽物对交流导线起晕特性影响的研究[J】．高电压技术．录用待发表．
(第二作者，其中导师为第一作者)
[2]SimulationofExcitationCurrentforNo—LoadTransformersBasedon
Jiles—AthertonModel[J]．ConditionMon oringandDiagnosis(CMD)，2012，
Baliisland．录用待发表(第二作者，其中导师为第一作者)
[3]1000kV与500kV交流线路同塔架设电晕特性研究[J]．高电压技术．录用待发
表(第三作者)
参研的科研项目：
[1]“单回±800kV与双回500kV22 kV交直流同塔多回输电线路电晕损失研
究”， 12．9．
[2]“双回1000kV与双回500kV220kV交流同塔多回输电线路电晕损失研
究”， 2．9．
[3]“交直流特高压输电系统电磁与绝缘特性的基础问题研究”，973课题，
[4]“高海拔沙尘条件下西北电网750kV输电线路电晕特性研究”西北电网，
本文是在导师刘云鹏教授细心关怀指导下完成的，导师渊博的知识、严谨的
治学态度、精益求精的工作作风、毁人不倦的高尚师德、宽以待人的崇高风范深
深地影响了我。在三年研究生生活中，刘老师不仅作为一个师长关心我的学术造
诣，更多的时候则像一个亲人、朋友一样对我的生活给予了很多的关怀与照顾。
我从刘老师身上学到的不单是学术方面知识，更多的是老师待人接物与为人处事
的方法，这对于即将迈向工作岗位的我受益匪浅，这里特向敬爱的刘老师表示由
衷的感谢。
感谢我的父亲和母亲，感谢他们对我的养育之恩，在这近20年求学之路上，
他们对我倾注了太多的艰辛和汗水，是我成长路上坚实的后盾，是暴风雨来临时
的避风港，是我停泊时的最后港湾!
感谢电晕组的朱雷博士，李碉翰硕士，朱军硕士，耿庆忠硕士，感谢陪我度
过了在中国电力科学研究院武汉分院“痛并快乐着”的两年时光!
感谢中国电力科学研究院武汉分院的谢雄杰、李金、贾如、蔡琳，向帮助和
关怀过本文工作的国网电科院的工作人员表示由衷的谢意!
感谢魏洪同学、李文博同学、李聪、王亮以及所有高压的兄弟姐妹，很享受
和你们在一起共同努力、共同进步的时光，感谢你们对本文工作的帮助!
最后，衷心的感谢审阅论文的各位专家、教授!