湿度对电晕放电参数及直流起晕电压影响研究

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随着直流输电线路电压等级的提高,直流输电线路电晕放电带来的一系列电磁问题日益严重。电晕放电的起晕电压是电晕放电的一项重要参数,对于导线选型,抑制各种电晕放电产生的电磁环境问题具有重要的参考意义。我国地域辽阔,各地区的湿度差异较为明显。因此,对不同湿度条件下的电晕放电参数和起晕电压进行研究至关重要。随着空气湿度的增大,空气中水分子的含量将随之增大。水分子是极性分子,并且会与电子发生复杂的碰撞反应,会对电晕放电中的输运过程产生很大影响。因此,电晕放电参数随湿度的变化规律具有重要的研究价值。对于直流电晕放电,研究者们采用不同的电极结构和电极尺寸对其起晕电压进行研究,研究结果表明在不同的电极结构和电极尺寸下直流起晕电压随湿度的变化规律存在较大差异,因此有必要对不同电场分布下的直流电晕放电起晕电压随湿度的变化规律进行研究。本文的主要工作内容如下:首先,将湿空气简化成N2、O2和H2O(g)的混合气体,干空气中N2、O2的体积比为79:21。根据理想气体状态方程计算得到不同湿度下三种气体分子的分压强。基于Boltzmann两项近似理论,结合电子与N2、O2和H2O(g)的碰撞截面数据,求解干空气和水蒸气中的电子能量分布函数(EEDF),并获得不同湿度下电离系数、吸附系数、有效电离系数及临界场强。然后,结合由Boltzmann两项近似理论计算得到的电晕放电参数,以光电离作为正极性电晕放电的自持机制,建立同轴圆柱电极条件下正极性电晕放电起晕电压的数值计算模型。在建立模型时考虑了水蒸气对激发态N2分子的熄灭作用以及O2和H2O分子对不同辐射波长光子的吸收截面;以光子撞击阴极表面引起的阴极表面电子发射作为负极性电晕放电的自持机制,建立同轴圆柱电极条件下负极性电晕放电起晕电压的数值计算模型。在建立模型时基于之前学者的研究成果考虑了湿度的变化对光发射系数的影响。最后,将数值仿真的计算结果与文献中的试验结果进行对比,结果表明同轴圆柱导体下正极性起晕电压随着湿度增大而增大,并且增大幅度会随着导线半径的降低而呈现微弱的降低趋势;当相对湿度大于40%时,负极性电晕放电起晕电压随着湿度增大而降低,并且降低幅度随着导线半径的增大而降低。
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