分裂導(dǎo)線混合凇帶電覆冰后的起暈電壓跌落研究

蔣興良 張 滿 舒立春 胡建林 吳堯 何彥諄

（重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400044）

1 引言

目前超特高壓輸電線路大多采用分裂導(dǎo)線進(jìn)行輸電[1]，而我國南方冬季頻繁出現(xiàn)凍雨和凍霧的交替天氣，極易在長期暴露在極端惡劣環(huán)境下的導(dǎo)線上形成大規(guī)模的混合凇覆冰，從而嚴(yán)重威脅架空線路的安全運(yùn)行[2-4]，隨之引發(fā)的電暈損耗及電磁環(huán)境污染等問題日益受到重視[5]。

混合凇屬于干、濕交替增長的覆冰形式，即先在導(dǎo)線接觸面上形成雨凇，然后在最外層表面形成霧凇的一種交替式混合冰[6,7]；混合凇會導(dǎo)致導(dǎo)線冰面容易出現(xiàn)局部電暈放電，從而降低起暈電壓[8-10]。目前國內(nèi)外針對積污、淋雨、高海拔、覆冰等條件下的導(dǎo)線起始電暈特性進(jìn)行了一定研究[11-14]，但大多數(shù)研究均采用不帶電方式，并常用縮比模型來研究實(shí)際分裂導(dǎo)線，所得結(jié)論常與工程實(shí)際存在差異，且未深入分析混合凇覆冰后的起暈電壓規(guī)律[15,16]。

文獻(xiàn)[17]中研究了混合凇覆冰形成機(jī)理，并對混合凇的形態(tài)做了一定描述，文中認(rèn)為混合凇的形成會改變導(dǎo)線表面的電場分布；文獻(xiàn)[18]中研究了交流電場對導(dǎo)線霧凇覆冰形態(tài)的影響，并測量不同霧凇冰樹枝形態(tài)下的電暈放電量，文中結(jié)論部分認(rèn)為冰樹枝越長越尖，則導(dǎo)線越容易在較低的電壓下發(fā)生起暈現(xiàn)象；文獻(xiàn)[19]研究了實(shí)際導(dǎo)線表面由于覆冰產(chǎn)生的尖端使得電場畸變，即使電壓不是很高的時(shí)候?qū)Ь€也會出現(xiàn)很多局部的電暈點(diǎn)；文獻(xiàn)[20]研究了直流正極性下的雨凇冰柱尖端電暈放電特性，結(jié)果表明相同電壓下冰柱越長越尖則尖端放電量越大，且電導(dǎo)率的增加會增大雨凇冰柱的放電量。

為探求不同電場混合凇覆冰后對分裂導(dǎo)線起暈電壓影響規(guī)律，本文在人工氣候室內(nèi)利用紫外成像儀及I-U曲線擬合法完成對分裂導(dǎo)線起暈電壓規(guī)律的測量分析，還研究了不同電導(dǎo)率對覆冰后導(dǎo)線起暈電壓影響規(guī)律，并根據(jù)混合凇形態(tài)建立了有限元電場計(jì)算模型，得到導(dǎo)線表面電場變化趨勢，以此為混合凇頻發(fā)地區(qū)的輸電線路設(shè)計(jì)和選型提供理論依據(jù)。

2 試驗(yàn)裝置、試品及試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)裝置及試品

氣候室內(nèi)徑為2.1m、內(nèi)長3.8m，如圖1所示；室內(nèi)溫度可降到-36℃，內(nèi)壁安裝有國際電工委員會（IEC）推薦制作的標(biāo)準(zhǔn)噴頭，可用來模擬雨凇、霧凇及混合凇等不同覆冰形態(tài)；氣候室內(nèi)的吹風(fēng)裝置既可以模擬風(fēng)速，又可用來使室內(nèi)溫度及霧粒分布均勻；試驗(yàn)電壓從人工氣候室一側(cè)裝設(shè)的穿墻瓷套管引入，交流覆冰試驗(yàn)的原理接線圖如圖2所示。

圖1 低溫低氣壓人工氣候試驗(yàn)室Fig.1 Low temperature and pressure artificial climate chamber

圖2 交流覆冰試驗(yàn)原理接線圖T1—10kV調(diào)壓器 T2—交流試驗(yàn)變壓器 R0—保護(hù)電阻H—高壓穿墻套管 F—交流電容分壓器(分壓比10000：1)V—電壓表 E—人工氣候室 S—試品導(dǎo)線 B—電暈籠K—隔離絕緣子 L—均壓環(huán) Ca—紫外成像儀 PC—計(jì)算機(jī)Fig.2 Schematic diagram of test circuit

將導(dǎo)線置于三段式電暈籠中心覆冰，電暈籠直徑為 2m，總長度為 2.5m，前后兩段（0.5m）電暈籠接地，中間段（1.5m）用來測量起暈電壓；試品采用由LGJ—70/40構(gòu)成的間距為35cm的分裂導(dǎo)線，子導(dǎo)線參數(shù)見表 1，導(dǎo)線末端安裝均壓環(huán)以消除端部效應(yīng)；實(shí)際輸電線路表面場強(qiáng)一般為15～20kV/cm，為得到帶電覆冰后的起暈電壓跌落一般規(guī)律，本文設(shè)置了 0、5kV/cm、10kV/cm、15kV/cm和20 kV/cm四個(gè)場強(qiáng)等級；由于紫外成像儀檢測到的光子數(shù)與電暈放電過程有良好的對應(yīng)關(guān)系[21]，故本文采用CoroCAM IV+紫外成像儀來觀測電暈發(fā)展；環(huán)境參數(shù)采用 PTU200數(shù)字化溫度、濕度和氣壓綜合測量儀測量，水滴直徑及液態(tài)水含量用激光粒度儀測量；混合凇采用先雨凇、后霧凇交替覆冰形成，且兩種覆冰交替時(shí)間相同，混合凇條件見表2；測量設(shè)備及試驗(yàn)布置圖見圖3、4所示。

表1 LGJ—70/40子導(dǎo)線基本參數(shù)Tab.1 Parameter of LGJ—70/40 sub-conductor

表2 混合凇覆冰形成條件Tab.2 Forming condition for mixed-phase icing

圖3 測量設(shè)備Fig.3 Test equipments

圖4 分裂導(dǎo)線試驗(yàn)布置圖Fig.4 Arrangement of bundle conductor for the test

2.2 試驗(yàn)方法及起暈電壓判據(jù)

圖5 三分裂導(dǎo)線電暈圖像Fig.5 Corona discharge images of triple bundle conductor

圖6 三分裂導(dǎo)線帶電15kV/cm后混合凇起暈電壓Fig.6 Calculation for triple bundle conductor corona onset voltage after energized mixed-phase icing at 15kV/cm

在人工氣候試驗(yàn)室內(nèi)分別進(jìn)行單、雙及三分裂導(dǎo)線帶電覆冰之后，調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)保持小型多功能人工氣候室內(nèi)氣溫不變，固定紫外成像儀處于最佳測量位置，施加工頻交流電壓至電暈起始電壓預(yù)估值的 90%，之后將升壓速度控制在 3kV/s，在紫外成像儀增益99%下觀察到有光子數(shù)出現(xiàn)時(shí)每升高一定數(shù)值維持30s并錄像[22]。圖5為紫外成像儀拍攝三分裂導(dǎo)線帶電15kV/cm后混合凇覆冰的導(dǎo)線電暈放電圖片。由圖可知，40.2～45.6kV之間，光滑導(dǎo)線上較少出現(xiàn)光子數(shù)，說明導(dǎo)線并沒有起暈，逐步增加電壓到 50.1kV之后紫外成像儀捕獲的光子數(shù)突然大量增加，故認(rèn)為起暈電壓應(yīng)該在 50kV左右并可采用I-U曲線擬合法計(jì)算起暈電壓值；對某一電壓下連續(xù)30s內(nèi)對應(yīng)光子數(shù)變化進(jìn)行錄像并計(jì)算其平均值，作光子數(shù)-電壓特性曲線，并測量三次，如圖6a所示，曲線拐點(diǎn)對應(yīng)的電壓值即為電暈起始電壓[23]，同時(shí)三次測量值之間的誤差小于 5%，為可接受范圍，圖6b為用I-U曲線擬合法算出的起暈電壓。

2.3 分裂導(dǎo)線周圍電場分布計(jì)算

分裂導(dǎo)線的子導(dǎo)線普遍按照圓形排列，如圖7a所示。

圖7 分裂導(dǎo)線及其鏡像原理Fig.7 Bundle conductor and image theory

兩相鄰子導(dǎo)體之間的距離稱為“分裂導(dǎo)線間距”，用B表示。分裂導(dǎo)線的子導(dǎo)線分布在節(jié)距圓上，節(jié)距圓半徑稱為“分裂導(dǎo)線半徑”，記作R，每個(gè)子導(dǎo)線半徑記作r，子導(dǎo)線總數(shù)記作n，則可得到下式：

將分裂導(dǎo)線用單根等效導(dǎo)線代替，其中Ri為分裂導(dǎo)線等效導(dǎo)體半徑，則等效半徑為

導(dǎo)線上電壓與電荷之間的關(guān)系式為

其中U為各導(dǎo)線對地電壓的列向量；Q為各導(dǎo)線上等效電荷構(gòu)成的列向量；λ為各導(dǎo)線電位系數(shù)構(gòu)成的n階矩陣，如圖7（b）所示其中，ε0=[1/(36π)]*10-9F/M，ε0為空氣介電常數(shù)；hi為第i根導(dǎo)線與其鏡像之間的距離；Lij為第i、j根導(dǎo)線之間的距離；L’ij為i、j根導(dǎo)線鏡像之間距離。

由上述公式可以計(jì)算出每根等效導(dǎo)線上的電荷Qi，導(dǎo)線平均表面場強(qiáng)計(jì)算公式為

導(dǎo)線最大表面場強(qiáng)計(jì)算公式為

對于子導(dǎo)線表面場強(qiáng)，由于相分裂子導(dǎo)線同極性電荷的作用，使沿子導(dǎo)線表面的電荷和電場強(qiáng)度的分布都不均勻，n根相分裂子導(dǎo)線中每根子導(dǎo)線上的表面電場強(qiáng)度可按下式計(jì)算：

式中，φ為從某方向算起的場強(qiáng)向量E的角度；φk為E的起始方向與被研究的第n根子導(dǎo)線軸線和產(chǎn)生影響的第k根子導(dǎo)線軸線的連線之間的角度

式中，Ck為第k根子導(dǎo)線電容，U為第k根子導(dǎo)線上的額定電壓。

根據(jù)式（1）～式（9）式可知，將單、雙及三分裂導(dǎo)線放入半徑為 1m的圓柱形電暈籠內(nèi)，忽略內(nèi)部芯線及弧垂，電暈籠與導(dǎo)線形成同軸電極結(jié)構(gòu)，此時(shí)三種導(dǎo)線表面電場為 5kV/cm、10kV/cm、15kV/cm和20 kV/cm四個(gè)場強(qiáng)等級時(shí)所應(yīng)施加的電壓值見表3。

表3 三種導(dǎo)線不同電場所對應(yīng)的電壓值Tab.3 Voltage value in different electric fields

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 不同電場覆冰對起暈電壓的影響

為探求不同電場覆冰后導(dǎo)線起暈電壓跌落規(guī)律，電導(dǎo)率固定為 400μs/cm（校正到 20℃），覆冰時(shí)間為 30min，則導(dǎo)線表面所形成的混合凇形態(tài)特寫如圖8所示，不同電場下對應(yīng)的混合凇覆冰形態(tài)如圖9所示，覆冰完成之后再利用紫外成像儀對起暈電壓進(jìn)行測量分析，試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

圖8 導(dǎo)線混合凇覆冰形態(tài)特寫Fig.8 Mixed-phase ice morphology close-up

圖9 不同電場下的混合凇覆冰形態(tài)Fig.9 Mixed-phase ice morphology under different fields

圖10 不同電場覆冰后的起暈電壓Fig.10 Corona onset voltage after icing under different fields

由上圖可知，不同電場導(dǎo)線帶電混合凇覆冰后所對應(yīng)的起暈電壓值也不同；覆冰后的起暈電壓跌落較嚴(yán)重，即使是冰柱最短、冰尖最鈍的 20kV/cm電場下的覆冰形態(tài)，導(dǎo)線殘余起暈電壓也只有50%左右，主要原因是混合凇不僅增加了導(dǎo)線表面的粗糙程度，還改變其原有形態(tài)，如圖8所示，從而使導(dǎo)線表面電場畸變，即使在很低的電壓下導(dǎo)線表面也會出現(xiàn)電暈放電，故起暈電壓將會降低。導(dǎo)線分裂型式對混合凇帶電覆冰特性無明顯影響。但對于分裂導(dǎo)線，不同位置子導(dǎo)線之間覆冰形態(tài)隨電場的變化規(guī)律存在差別，主要原因在于子導(dǎo)線之間對水分的阻擋作用。

隨著覆冰電場的增加，起暈電壓出現(xiàn)先減小后上升的趨勢，如圖 10所示，這是因?yàn)?0～10kV/cm電場下帶電覆冰時(shí)，由于電場吸引力的作用導(dǎo)致混合凇冰柱迅速生長，如圖9所示，且電場越大水滴沿電場方向被拉長越多，尖端能夠穩(wěn)定存在的水滴半徑也就越小，故冰尖越細(xì)，從而導(dǎo)致冰柱尖端電場畸變更加嚴(yán)重，使導(dǎo)線起暈電壓降得更低；而在15～20kV/cm帶電覆冰時(shí)，水滴所受的庫倫沖量為正，電場對水滴出現(xiàn)排斥力，導(dǎo)致冰柱長度逐漸變短，而離子轟擊和電暈活動(dòng)的加劇導(dǎo)致冰柱及冰樹枝尖端加速融化、逐漸變鈍，故混合凇對導(dǎo)線表面電場畸變作用也逐漸減弱，故起暈電壓逐漸升高。

相同覆冰時(shí)間內(nèi)，混合凇對子導(dǎo)線越多的分裂導(dǎo)線起暈電壓影響相對較小，這是由于分裂數(shù)越多，導(dǎo)線等效直徑越粗，導(dǎo)線本身起暈電壓就相對較高，故覆冰后的導(dǎo)線殘余起暈電壓會更高一些。

3.2 覆冰程度對起暈電壓的影響

隨著覆冰時(shí)間的增加，混合凇形態(tài)會發(fā)生相應(yīng)變化，為探求覆冰程度對導(dǎo)線起暈電壓的影響規(guī)律，設(shè)置覆冰時(shí)間15min、30min、45min和60min并測量導(dǎo)線起暈電壓的改變情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

由圖11可知，導(dǎo)線在不同電場覆冰時(shí)，隨著覆冰時(shí)間的增加，起暈電壓逐漸降低，但下降速度逐漸減慢；主要是因?yàn)楦脖鶗r(shí)間的增加引起覆冰越發(fā)嚴(yán)重導(dǎo)致導(dǎo)線表面電場畸變更加嚴(yán)重，故起暈電壓持續(xù)下降；而下降速度變慢是因?yàn)樵谟贲「脖A段，冰厚會使水滴的碰撞率下降，且水滴需要更長的時(shí)間才能流到冰尖，故冰柱的畸變效應(yīng)變?nèi)?；而形成霧凇冰樹枝的形態(tài)參數(shù)并不被覆冰時(shí)間的增加所影響，且它也會在增加導(dǎo)線等效直徑的同時(shí)進(jìn)一步降低水滴碰撞率，最終導(dǎo)致混合凇覆冰的增長需要更長的時(shí)間來完成，故導(dǎo)線起暈電壓的下降速度減慢，并最終趨于飽和。

圖11 不同覆冰程度的起暈電壓Fig.11 Corona onset voltage under different icing extent

3.3 覆冰水電導(dǎo)率對起暈電壓的影響

輸電線路表面一般具有較高的電導(dǎo)率[24]，從而影響起暈電壓特性，為研究其規(guī)律，試驗(yàn)中采用 20℃分別為 30μs/cm、400μs/cm、800μs/cm、1 200μs/cm不同覆冰水電導(dǎo)率，針對導(dǎo)線進(jìn)行30min帶電15kV/cm混合凇覆冰，則混合凇覆冰形態(tài)特寫及起暈電壓值見圖 12和圖 13。

由圖12和圖13可知，導(dǎo)線進(jìn)行帶電15kV/cm混合凇覆冰時(shí)，不同電導(dǎo)率對混合凇形態(tài)幾乎沒有影響，同時(shí)導(dǎo)線起暈電壓并不隨電導(dǎo)率的不同而出現(xiàn)規(guī)律性變化，且數(shù)值比較接近，故可認(rèn)為起暈電壓亦不受電導(dǎo)率影響；這是因?yàn)榛旌馅儆诟?、濕交替增長覆冰，導(dǎo)線上表面霧凇的電暈放電受覆冰水電導(dǎo)率的影響本身就不大，而導(dǎo)線下表面的雨凇冰柱部分由于外界溫度較低，表面已無水膜，也相當(dāng)于是干冰，加上不同鹽濃度下的覆冰形態(tài)相近，故導(dǎo)線起暈電壓數(shù)值幾乎一樣。

圖12 不同電導(dǎo)率下混合凇15kV/cm覆冰形態(tài)Fig.12 15kV/cm icing shape under different conductivity

圖13 不同電導(dǎo)率覆冰后的起暈電壓值Fig.13 Corona onset voltage under different conductivity

4 混合凇電場模型及仿真計(jì)算

4.1 混合凇冰柱尖端電場分布模型

為研究混合凇覆冰后導(dǎo)線表面的電場畸變情況，根據(jù)上一節(jié)中的覆冰形態(tài)及測量參數(shù)可知，可將混合凇冰柱作為橢球體進(jìn)行分析[25]，由于霧凇冰樹枝形態(tài)極小，故忽略掉它對電場的畸變作用，冰柱尖端等效模型如圖14所示。

圖14 混合凇冰柱等效模型Fig.14 Equivalent model for mixed-phase ice tips

將橢球體的尖端置于球坐標(biāo)的原點(diǎn)，橢球體的軸設(shè)置為坐標(biāo)系的極軸，討論的原點(diǎn)附近區(qū)域0≤θ′≤π-α的場分布，為便于計(jì)算，可設(shè)導(dǎo)體上的電勢為零，當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)為零。設(shè)導(dǎo)體外為真空，故其外空間電場的電勢滿足拉普拉斯方程▽2φ=0，軸對稱勢問題中拉普拉斯方程一般解[26]

其中，P(x)(x=cosθ’)滿足以下的勒讓德方程，γ=(0,1…,n)

由邊界條件可知，冰柱尖端φ為有限值，故B=0：

尖端電勢有限，要求γ＞0而在 0≤θ′≤π-α區(qū)域內(nèi)，軸對稱的電勢的完全解由線性疊加可以得到

由于我們最關(guān)心的是冰柱尖端表面附近靜電場的一般特性，從而得知導(dǎo)體上電荷的分布情況，因此可以用上式的第一項(xiàng)來近似地描寫電勢的特性

對于細(xì)椎體，1α?故可以設(shè)

上式中K為常數(shù)，由于α趨近于0時(shí)，φ趨近于常數(shù)，則有f(θ′)1?。在式（7）中考慮這一關(guān)系，整理化簡得

當(dāng)θ′=π-α?xí)r，φ表面電勢為0，故有

又α1，所以 cos[(π-α)/2]=sin(α/2)≈α/2，從而得到γ的最小值是

由式（17）可以看出，γ隨α變化。由關(guān)系E=-▽φ，可求得橢球體表面附近電場強(qiáng)度為

尖端導(dǎo)體表面的面電荷密度

由式（19）可知，當(dāng)冰柱變得越尖細(xì)時(shí)，即α角度越小，尖端電荷面密度越大，所對應(yīng)的場強(qiáng)也越大；當(dāng)冰尖端越頓挫，即α角度越大，則電荷面密度越小，所產(chǎn)生的場強(qiáng)也越小。

4.2 覆冰有限元模型建立

根據(jù)第 4.1節(jié)中混合凇尖端電場分布模型，利用Maxwell軟件進(jìn)行有限元建模，三分裂導(dǎo)線不同電場下30min覆冰具體參數(shù)見表4，0kV/cm電場下0～60min覆冰具體參數(shù)見表5，均取分裂子導(dǎo)線的平均參數(shù)；15kV/cm電場下三種分裂導(dǎo)線30min覆冰參數(shù)見表6，將已覆冰的導(dǎo)線置于直徑為2m的同軸電極中，導(dǎo)線材料設(shè)為Aluminum（鋁），分裂間距為35cm，冰厚及冰柱材料為Ice相對介電常數(shù)為75，場域背景區(qū)域設(shè)為Vacuum（真空），同軸電極邊界設(shè)為氣球邊界條件，即無限遠(yuǎn)處電位為零，然后采用網(wǎng)格自動(dòng)剖分，最后進(jìn)行計(jì)算；所建分裂導(dǎo)線模型如圖15所示（未按照比例畫出），仿真結(jié)果如圖16～圖18所示。

表4 不同電場三分裂導(dǎo)線混合凇30min覆冰系數(shù)Tab.4 Coefficient of LGJ-70/40 in 30min mixed-phase icing under different fields

表5 0kV/cm下LGJ-70/40混合凇0～60min覆冰增長系數(shù)Tab.5 Coefficient of LGJ-70/40 in 0～60min mixed-phase icing under 0kV/cm field

表6 三種類型導(dǎo)線15kV/cm電場混合凇30min覆冰系數(shù)Tab.6 Coefficient of three conductors in 30min mixed-phase icing under 15kV/cm field

圖15 不同場強(qiáng)下的導(dǎo)線混合凇仿真模型Fig.15 Simulation model of mixed-phase icing under different field

圖16 不同電場的混合凇冰柱電場分布Fig.16 Field distribution of mixed-phase icing under different fields

圖17 三分裂導(dǎo)線0kV/cm下覆冰后電場分布Fig.17 Field distribution on the surface of triple bundle conductor under 0kV/cm mixed-phase icing

圖 16a中可以看出，施加 69kV交流電時(shí)，未覆冰三分裂導(dǎo)線表面電場為 15kV/cm；而在電場0～20 kV/cm覆冰后的導(dǎo)線若繼續(xù)在該電壓下運(yùn)行則表面電場分別為 26.3kV/cm、29.7kV/cm、30.9kV/cm、29.4kV/cm和27.1kV/cm成先增加后減小的趨勢，如圖16b～16f所示；這是由于0～10kV/cm下冰柱隨電場強(qiáng)度的增加而變長變細(xì)，導(dǎo)線表面電場畸變嚴(yán)重，而在15～20kV/cm下的冰柱長度變短變粗，故表面最大電場強(qiáng)度逐漸減小。

圖 17中，0～60min覆冰后的三分裂導(dǎo)線若繼續(xù)在 69kV電壓下運(yùn)行，則表面電場分別為 22.6、26.3、28.9kV/cm和30.3kV/cm成逐漸增加趨勢但增加速度逐漸變慢；這是由于混合凇冰柱的生長速度及冰尖直徑減小的速度均隨覆冰時(shí)間的增加而逐漸減慢，故導(dǎo)線表面的電場增加速度也逐漸減慢，這與試驗(yàn)中所得趨勢相吻合。

在導(dǎo)線表面電場均為 15kV/cm情況下進(jìn)行30min混合凇覆冰，若覆冰之后均運(yùn)行于40kV電壓下，則不同導(dǎo)線表面場強(qiáng)如圖18所示。

圖18 三種導(dǎo)線15kV/cm下覆冰30min表面電場分布Fig.18 Field distribution of three conductors under 15kV/cm icing for 30min

上圖中可以看出，四種導(dǎo)線表面最大電場分別為23.5kV/cm、20.1kV/cm和17.1kV/cm，呈逐漸減小趨勢；這是因?yàn)橄嗤妶鱿赂脖鶗r(shí)，導(dǎo)線越粗所需要形成尖細(xì)的冰柱時(shí)間就越長，這是因?yàn)榉至炎訉?dǎo)線數(shù)越多，導(dǎo)線等效半徑將增加，相同覆冰時(shí)間內(nèi)，冰柱對等效半徑越粗的導(dǎo)線電場畸變作用越小，故相同電壓等級下相比分裂數(shù)較少的導(dǎo)線而言，分裂數(shù)多的導(dǎo)線表面電場較小，且不容易發(fā)生起暈現(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）不同電場下混合凇覆冰后的導(dǎo)線起暈電壓值不同，由于混合凇尖端使得導(dǎo)線在較低電壓下出現(xiàn)電暈放電，故導(dǎo)線起暈電壓至少降低 50%左右；分裂數(shù)越多的導(dǎo)線在相同覆冰時(shí)間內(nèi)殘余起暈電壓越高。

（2）覆冰電場的增加使得導(dǎo)線起暈電壓出現(xiàn)先減小后上升的趨勢，其主要原因是冰柱形態(tài)發(fā)生了變化；覆冰程度的增加會使得導(dǎo)線起暈電壓持續(xù)降低，但下降速度逐漸減慢；不同電導(dǎo)率液體對混合凇形態(tài)及導(dǎo)線起暈電壓幾乎沒有影響。

（3）電場計(jì)算分析表明覆冰電場的增加使得導(dǎo)線在相同電場下運(yùn)行時(shí)，表面電場呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；而覆冰程度的增加會使導(dǎo)線表面電場持續(xù)增加，但增加速度逐漸減慢；相同電場下覆冰后的導(dǎo)線，子導(dǎo)線越多則表面電場越小，相應(yīng)越不容易發(fā)生起暈現(xiàn)象。

[1] 曾慶禹. 特高壓輸電線路電氣和電暈特性研究[J].電網(wǎng)技術(shù), 2007, 31(19)： 1-8.

Zeng Qingyu. Study on electric characteristic and corona performance of UHV AC transmission line[J].Power System Technology, 2007, 31(19)： 1-8.

[2] 胡毅, 胡建勛, 劉庭. 我國南方地區(qū)電網(wǎng)大范圍覆冰災(zāi)害的特點(diǎn)分析與防治措施[J]. 電力設(shè)備. 2008,9(6), 1-4.

Hu Yi, Hu Jianxun, Liu Ting. Analysis and countermeasures for large area icing accident on power grid in northern china[J]. Electrical Equipment,2008, 9(6)： 1-4.

[3] 楊永全. 近年電網(wǎng)冰災(zāi)事故分析及抗防對策[J]. 電力建設(shè). 2008, 29(9), 35-37.

Yang Yongquan. Analysis of recent icing-caused grid accidents and its countermeasures[J]. Electric Power Construction, 2008, 29(9)： 35-37.

[4] 陽林, 郝艷捧, 黎衛(wèi)國, 等. 輸電線路覆冰與導(dǎo)線溫度和微氣象參數(shù)關(guān)聯(lián)分析[J]. 高電壓技術(shù). 2010,36(3), 775-781.

Yang Lin, Hao Yanpeng, Li Weiguo, et al.Relationships among transmission line icing,conductor temperature and local meteorology using grey relational analysis[J]. High Voltage Engineering.2010, 36(3)： 775-781.

[5] Lu Tiebing, Xiong Gaolin, Cui Xiang, et al. Analysis of corona onset electric field considering the effect of space charges[J]. IEEE Transactions on Magnetics,2011： 1390 -1393.

[6] 蔣興良, 杜珍, 莫文強(qiáng), 等. 重慶地區(qū)輸電線路導(dǎo)線覆冰特性[J]. 高電壓技術(shù). 2011, 37(12),3065-3069.

Jiang Xingliang, Du Zhen, Wang Haoyu, et al. Icing features of wire in Chongqing region[J]. High Voltage Engineering, 2011, 37(12)： 3065-3069.

[7] 蔣興良, 易輝. 輸電線路覆冰及防護(hù)[M]. 北京： 中國電力出版社, 2001.

[8] Ndiaye I, Fofana I, Farzaneh M. Contribution to the study of the appearance and development of corona discharges on a surface of ice[C]. Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering,.2003, 1： 639-642.

[9] M. Abdel-Salam, S. Abdel-Sattar. Calculation of corona V-I characteristics of monopolar bundles using the charge simulation method[J]. IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1989, 24： 669-679.

[10] 黃新波, 劉家兵, 蔡偉, 等. 電力架空線路覆冰雪的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J]. 電網(wǎng)技術(shù). 2008, 32(4)： 23-28.

Huang Xinbo, Liu Jiabing, Cai Wei, et al. Present research situation of icing and snowing of overhead transmission lines in china and foreign countries[J].Power System Technology. 2008, 32(4)： 23-28.

[11] 胡琴, 舒立春, 蔣興良, 等. 不同大氣參數(shù)及表面狀況下導(dǎo)線交流起暈電壓的預(yù)測[J]. 高電壓技術(shù),2010, 36(7)： 1669-1673.

Hu Qin, Shu Lichun, Jiang Xingliang, et al.Conductor’s AC corona onset voltage prediction under different atmospheric parameters and conductor surface conditions[J]. High Voltage Engineering,2010, 36(7)： 1669-1673.

[12] Phan C L, Laforte J L. The influence of electro-freezing on ice formation on high-voltage DC transmission lines[J]. Cold Regions Science and Technology, 1981, 4(1)： 15-25.

[13] Farzaneh M, Laforte J L. Ice accretion on energized conductors by AC or DC： a laboratory investigation of ice treeing[J]. International Journal of Offshore and Polar Engineering, 1994, 4(1)： 40-47.

[14] 尤少華, 劉云鵬, 律方成, 等. 不同海拔下電暈籠分裂導(dǎo)線起暈電壓的計(jì)算分析[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2012, 32(4)： 169-177.

You Shaohua, Liu Yunpeng, Lv Fangcheng, et al.Calculation and analysis on corona onset voltage of corona cage bundle conductors at different altitudes[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(4)：169-177.

[15] Sarma M P, Janischewskyj W. Electrostatic field of a system of parallel cylindrical conductors[J]. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1969,88(7)： 1069-1079.

[16] Farzaneh M, Laforte J L. Ice accretion on energized conductors by AC or DC： a laboratory investigation of ice treeing[J]. International Journal of Offshore and Polar Engineering, 1994, 4(1)： 40-47.

[17] 王秀玲, 楊嘉祥, 孫永鑫, 等. 架空線混合凇形成機(jī)理的數(shù)值解析[J]. 電力設(shè)備. 2008, 36(12), 26-29.

Wang Xiuling, Yang Jiaxiang, Sun Yongxin, et al.Numerical simulations for formation mechanism of mixed-phase ice on overhead lines[J]. East China Electric Power, 2008, 36(12), 26-29.

[18] 舒立春, 李特, 蔣興良, 等. 交流電場強(qiáng)度對導(dǎo)線霧凇覆冰特性的影響[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2012,32(19)： 140-147.

Shu Lichun, LI Te, Jiang Xingliang, et al. Influences of AC electric field strength on conductor rime icing performance[J]. Proceedings of the CSEE. 2012,32(19)： 140-147.

[19] Phillips D B, Olsen R G, Pedrow P D. Corona onset as a design optimization criterion for high voltage hardware[J]. IEEE Transactions. on Dielectrics and Electrical Insulation, 2000, 7(6)： 774-751.

[20] 賴向平, 舒立春, 蔣興良, 等. 冰凌針-板間隙直流正極性下起始電暈特性的研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2006,30(7), 32-36.

Lai Xiangping, Shu Lichun, Jiang XingHang, et al.Research on initial corona characteristics of icicle to ice-covered plane model under positive polarity[J].Power System Technology, 2006, 30(7), 32-36.

[21] 馬斌, 周文俊, 汪濤, 等. 基于紫外成像技術(shù)的極不均勻電場電暈放電[J]. 高電壓技術(shù), 2006, 32(7)：13-16.

Ma Bin, Zhou Wenjun, Wang Tao, et al. Corona discharge of the severe non-uniform electric field based on the uv-light imaging technology[J]. High Voltage Engineering, 2006, 32(7)： 13-16.

[22] 陳瀾, 卞星明, 陳楓林, 等. 電暈籠內(nèi)導(dǎo)線交流電暈起始電壓判斷方法[J]. 高電壓技術(shù), 2011, 37(1)：85-90.

Chen Lan, Bian Xingming, Chen Fenglin, et al.Method to judge corona inception voltage of ac transmission lines using corona cage[J]. High Voltage Engineering, 2011, 37(1)： 85-90.

[23] 蔣興良, 林銳, 胡琴, 等. 直流正極性下絞線電暈起始特性及影響因素分析[J]. 電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2009,29(34)： 108-114.

Jiang Xingliang, Lin Rui, Hu Qin, et al. DC positive corona inception performances of stranded conductors and its affecting factors[J]. Proceedings of the CSEE,2009, 29(34)： 108-114.

[24] Farzaneh M, Melo O T. Properties and effect of freezing rain and winter fog on outline insulators[J].Cold Regions Science and Technology, 1990(19)：33-36

[25] 馮治國, 楊嘉祥, 萬春, 等. 帶毛刺高壓導(dǎo)線電暈放電分析[J]. 黑龍江電力, 2009, 31(6)： 441-445.

Feng Zhiguo, Yang Jiaxiang, Wan Chun, et al. Corona discharge analysis on high voltage transmission line with burrs[J]. Heilongjiang Electric Power, 2009,31(6)： 441-445.

[26] 梁昆淼. 數(shù)學(xué)物理方法(第三版)[M]. 北京： 高等教育出版社, 1998： 135-153.