交直流特高压线路无线电干扰和可听噪声产生机理及本征特性研究2013年度报告

交、直流特高压输电线路导线电晕放电会产生较强的无线电干扰和可听噪声问题,这已成为交直流输电线路设计和运行中的决定因素之一。基于电磁场理论、气体放电理论、电声学理论,该研究电晕放电产生无线电干扰和可听噪声的机理,进而建立交、直流特高压输电线路电晕放电与无线电干扰和可听噪声的关联特性,最终获得交、直流特高压线路无线电干扰和可听噪声的特性及计算方法。目前已经取得了部分研究成果,初步完成了2013年度预期目标,主要成果包括:(1)基于单点放电、尖板放电、脉冲放电、导线放电等实验模型,初步获得了电晕电流的时域和频域统计特性,开展了电晕电流的传播模型研究,提出了电晕放电初始电流波形的确定方法和无线电干扰的时域建模方法;(2)基于电晕放电可听噪声的近距离测试方法及时域测试技术,获得了单点电晕放电产生的可听噪声的时域波形,分析了声场的传播特性,初步获得了单点放电可听噪声时域波形与电晕放电初始电流时间波形的关联特征;(3)基于电晕放电模型,提出了电晕放电空间电荷运动的数值模拟方法,建立了电晕电流微观分析模型;(4)基于直流特高压电晕笼的大量试验,获得了正、负极性直流导线的可听噪声频谱规律,提出了采用8 k Hz分量法预测可听噪声A声级的方法;(5)研究了特高压直流长试验线路与短试验线段无线电干扰和可听噪声的转换关系,提出了利用短试验线段测量数据估计输电线路无线电干扰和可听噪声的方法;(6)对交流特高压试验示范工程输电线路的无线电干扰进行了长期监测,获得了冬季和夏季无线电干扰的统计特性,通过统计分析,初步获得了特高压交流线路无线电干扰、可听噪声的经验公式。2013年度的研究成果,对后续可听噪声产生机理的研究及可听噪声的预测方法的研究奠定了较好的实验基础,为后续无线电干扰特性及产生机理研究奠定了理论和实验基础。     

变电站电晕放电现象浅析

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。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。本文主要对电晕放电现象的原理及其形成机制进行分析和说明,并对如何有效地防止电晕放电的产生提出了自己的见解。     

特高压交流输电线路的无线电干扰研究

电力行业是保障民生最基础最重要的行业,已经为我国经济发展做出了重大贡献。输电系统作为电力行业的重要组成部分,一直是电力行业研究的重要课题。特高压交流输电线路在输电的过程中会产生各种干扰,电晕放电引起的无线电干扰已经是交流输电设计优化需要考虑的重要内容,该文在此基础上就特高压交流输电线路的无线电干扰进行了研究,从而更地好促进我国电力企业的发展。     

用于电晕放电远距离探测的螺旋天线的研究

为了降低输入噪声水平,实现在自然环境下对高压、特高压输电线上电晕放电的远距离探测。在实验室环境下搭建电晕放电实验平台,观察得到电晕放电信号具有频率分布广、信号幅度小、随机性强等特点。在自然环境下某放电强烈的超高压输电线附近的噪声和电晕信号进行了测试,确定信噪比最大的测试频段为200MHz—300MHz。以此为基础,仿真设计了中心频率为250MHz的高增益螺旋天线。根据仿真参数实际制作的螺旋天线,与仿真相符,并成功探测到实验场环境下约140米左右的电晕放电信号。此天线的设计与研制为进一步研究高压、特高压输电线远距离电晕放电探测技术奠定了基础。文中涉及到的电晕放电信号特征及探测方法对相关领域研究人员,具有重要的参考价值。     

直流电晕放电特性分析

电晕放电产生的空间电荷在电场中的运动形成电晕电流。电晕电流产生的线路损耗会增加输电成本,对线路通道的电磁环境造成干扰。建立自洽的等离子体模型和简化的电晕放电模型,放电通过施加到内部电极的高压直流电源在同轴配置的两个电极内持续进行。从微观角度分析大气压下干空气中的正负电晕放电的物理过程,重点研究负极带电粒子的产生和输送,以及如何转化为放电的电流-电压特性。结果表明：电晕放电主要在电离区和传输区进行,正负电晕放电特征各不相同,两种模型下获得的电势和空间电荷密度计算结果具有很好的一致性。在负电晕放电中,电子是能量传递的主要载体,电荷分离不会使外加电势的分布发生形变。     

脉冲放电激发反电晕的研究

针对高压脉冲电源反电晕放电进行实验研究。采用正极性固态Marx脉冲发生器作为放电电源，以中间添加蜂窝介质的针板作为放电电极，设置正极性矩形高压脉冲输出电压为0～20 kV可调，工作频率为0～1000 Hz可调，脉冲宽度为10～500 μs可调，进行反电晕放电实验，并根据电源和电极参数对影响放电电流大小的因素进行分析。进一步，在相同放电电极参数条件下，将高压脉冲反电晕与直流反电晕进行了对比研究。研究结果表明：介质厚度、针板间距、脉冲宽度和放电频率均对反电晕放电电流有一定影响；在脉冲放电频率为100～1000 Hz时，发生反电晕的相同电压下，脉冲反电晕放电电流大于直流反电晕放电电流，证明高压脉冲激发反电晕放电效果更好。     

一种针-板结构模拟飞机放电刷负电晕放电辐射特性的等效方法

为了解决地面放电实验对空中飞机放电刷负电晕放电辐射噪声模拟的问题,分别对飞行器放电刷及针-板放电结构负电晕放电起始阶段进行建模。经过数值计算得到两种模型在一定的放电环境、激励电压及放电刷几何结构条件下,放电的阈值电压;并且探讨了两种模型在不同条件下阴极二次光电子随"电子崩"发展过程。通过比较不同条件下二次光电子的发展趋势,确定不同放电模型电磁辐射的可比性。提出的等效方法为今后有关飞行器放电刷负电晕放电辐射干扰的地面模拟提供理论依据。     

雾化电晕放电静电除尘的实验研究

采用模拟除尘装置,对雾化电晕放电和干式电晕放电的电晕起始状态、伏-安特性和除尘效率进行了比较,对雾化电晕放电中新的放电特性和除尘机制进行了分析.实验表明,在相同电压和较高烟气流量条件下,除尘效率从干式负电晕放电的78.2%提高到雾化负电晕放电的84.2%.其中雾化负电晕放电更适合应用于烟气中颗粒污染物的去除,而雾化正电晕放电中扩大的低温等离子区对雾化循环水的净化起到重要作用.     

紫外相机在电晕检测中的应用研究

高压输电线的电晕放电现象消耗大量的电能,而目前的电晕检测技术,如远红外望远镜、超声电晕探测器及人工目视检查都有一定的不足。日盲紫外探测因为背景干扰微弱、可靠方便而具有独特的优势。经比较分析提出了一种紫外探测方案,给出了一种系统结构。     

高压交直流同塔输电线路无线电干扰与可听噪声的计算

为了寻求一种适合交直流同塔架设线路的无线电干扰与可听噪声计算方法,从理论上分析了混合线路表面场强的特点,利用线性叠加原理求出混合线路表面场强,并结合晴天和雨天对交流和直流线路电晕程度的不同影响,提出在同一种天气状况下计算交直流线路无线电干扰与可听噪声。用3种计算无线电干扰与可听噪声的方法,分晴天和雨天情况进行计算比较,结果表明3种方法中 BPA 修正公式计算值最大,该方法可视为目前计算交直流同塔线路无线电干扰与可听噪声的有效方法。     

电晕放电辐射场实验研究

针对带高压物体的电晕放电辐射信号的时域、频域特征开展研究,对静电电晕放电电流、辐射场进行了理论分析,设计完成了静电电晕放电电流及辐射信号实验.研究发现,不同极性电晕放电的辐射场波形测试有明显差别:实验条件为负极性时,先发生电晕放电,但正极性放电发生时,脉冲幅值比负极性时大;负电晕电流脉冲波形的上升时间小于正电晕电流.实验结构不同,电晕放电辐射场的特征不同:利用电晕放电针与直流高压源直接相连的实验结构得到的放电波形的上升时间为十几个ns,频率分布集中在20～100 MHz;利用孤立导体电晕放电实验结构得到的放电波形的上升时间为几个ns,频率分布集中在200～600 MHz.结论对于研究带高压物体的电晕放电辐射信号特征具有很好的参考价值.     

大气压下针状电极电晕放电静电消除效果实测与特性研究

为了研究高压静电消电效果和静电防护有效性,采用离子化测试方法,对影响大气压下针状电极电晕放电的电压、频率、消电距离、电极间隙、平衡电压等因素进行了系统测试与分析.结果表明,交流高压电晕放电在频率[1.8 kHz,2.0 kHz]区间内具有最佳消电效果;直流和脉冲高压电晕消电具有明显逆带电现象,且消电效果随电压升高、消电距离减小而提高.      

介质阻挡放电与介质阻挡电晕放电用于空气脱硫的比较

采用同轴管状反应器产生介质阻挡放电,采用同轴线管反应器产生局部电晕放电及介质阻挡电晕放电,研究介质阻挡放电与介质阻挡电晕放电在放电特性与脱硫能耗上的差异.根据V qLissajous图形计算了放电功率、气隙电压及电场强度分布.研究结果表明,相同外施电压下同轴管状反应器比同轴线管反应器具有更高的放电电流,同轴线管反应器中脱除SO2的能量利用率可达31g/kW·h,而在同轴管状反应器中能量利用率可达39g/kW·h.根据气隙放电时电场强度的分布解释了脱硫能量利用率的变化.     

磁增强雾化电晕放电烟气净化器研究

分别进行了雾化电晕放电和磁增强电晕放电的实验研究。采用接地极雾化,通过雾化电晕放电和水的循环利用,实现长期、高效并且无污水排放的静电除尘,对雾化电晕放电静电除尘器的构造、放电特点、雾化电晕放电伏-安特性、雾化状态和电极清洗效果均进行了实验研究;通过在电晕区附近加一个局部磁场,使电晕区内的自由电子形成拉莫运动,从而提高放电电流,提高荷电区内自由电子和负离子浓度。比较了磁增强预荷电器和传统预荷电器的荷电效率,初步探究了磁增强电晕放电的放电机理。为磁增强雾化电晕放电烟气净化器的研究提供了理论基础。     

回扫变压器中的电晕检测

本文主要对回扫变压器中的各种电晕放电现象进行了分析,并指出回扫变压器中电晕放电和一般工频变压器中电晕放电的差异。在此基础上介绍一种实用的并已广泛用于生产检测的电晕测试仪,对显示器上显示的波形也进行了分析,通过分析可以大致判断回扫变压器中可能存在的缺陷。     

磁场对电晕放电电场及细小粉尘荷电的影响

磁增强正负电晕放电用于细小气溶胶颗粒荷电,研究结果表明,磁增强正负电晕放电预荷电器对细小粉尘的荷电是有效的;磁增强正电晕放电预荷电器的荷电效率低于磁增强负电晕放电预荷电器。与传统的电晕放电相比,磁增强正负电晕放电中电晕区附近积累更多的正离子,使得空间电荷对极间电场的影响增强;在磁增强负电晕放电中,负离子的浓度再次被提升,更有益于细小粉尘荷电;在磁增强正电晕放电中,电晕区中的电场强度被削弱,而荷电区中的电场强度被增强。分析认为,磁增强正电晕预荷电器的效率比传统正预荷电器要高。     

脉冲电晕放电脱硝中N2O生成的研究

脉冲电晕放电是一种能同时脱除烟气中ＳＯ２，ＮＯｘ和飞灰颗粒的新方法，然而在一个电晕放电试验装置上的试验首次发现，在脱除ＮＯｘ的同时产生了一定量的Ｎ２Ｏ，而且随着电压和停留时间及ＮＯｘ初始浓度的增大，Ｎ２Ｏ量也增大。试验还发现，电晕放电对Ｎ２Ｏ无分解作用，空气中的氮气在电晕中不生成Ｎ２Ｏ，脱硫及喷氨脱硫不生成Ｎ２Ｏ，ＳＯ２和ＮＨ３对Ｎ２Ｏ的生成元影响。讨论了脉冲电晕放电脱硝中Ｎ２Ｏ生成的机理。     

脉冲电晕放电脱硝中N_2O生成的研究

脉冲电晕放电是一种能同时脱除烟气中ＳＯ２，ＮＯｘ和飞灰颗粒的新方法。然而在一个电晕放电试验装置上的试验首次发现，在脱除ＮＯｘ的同时产生了一定量的Ｎ＿Ｏ，而且随着电压和停留时间及ＮＯｘ初始浓度的增大，Ｎ＿２Ｏ量也增大。试验还发现，电晕放电对Ｎ＿２Ｏ无分解作用，空气中的氮气在电晕中不生成Ｎ２Ｏ，脱硫及喷氮脱硫不生成Ｎ２Ｏ，ＳＯ２和ＮＨ３对Ｎ＿２Ｏ的生成无影响。讨论了脉冲电晕放电脱硝中Ｎ２Ｏ生成的机理。     

电晕放电辐射场的测试与分析

为研究电晕放电辐射场的特性,首先对电晕放电电流进行了理论分析和测试研究,设计了电晕放电的实验室模拟系统,然后利用测试系统和测试天线进行电晕放电室内外测试,得出实验数据,最后利用时频分析方法进行数据处理,得出电晕放电辐射场的特性.     

电晕耦合无声放电脱硫脱硝反应器结构模拟

为给非热等离子体烟气脱硫脱硝提供理想的反应器,分析了电晕耦合无声放电结构,并通过数值模拟对比研究了它与电晕放电结构的静电场分布特征。通过对比分析电晕放电结构和无声放电结构产生的非热等离子体特点,发现电晕耦合无声放电结构是一种理想的大气压非热等离子体产生结构,同时分析了电晕耦合无声放电结构及其优点。通过耦合放电结构和电晕放电结构的静电场数值模拟,发现阻挡介质板的加入提高了放电区域的电场强度,放电区域内电场强度的增大有利于流光放电的发生,同时提高了折合电场强度,进而提高了放电产生的电子能量,有助于生成更多的活性自由基。