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国外曾有报道,空中悬浮颗粒物会使直流输电线路下空间电荷密度增大,但未深入研究。在我国,以前直流输电工程建在南方,空中悬浮颗粒物较少,在测试中未发现直流线路地面合成电场出现异常现象。然而,2007年中国电力科学研究院在北京进行±800kV直流线路电磁环境试验时发现,在冬季干燥天气下,负极导线侧地面合成电场异常增大。这种现象与北方冬季空中悬浮颗粒物较多密切相关。我国正大力发展特高压直流输电,许多工程的线路全部或部分位于北方地区。北方地区直流输电工程所面临的一个重要且严峻的问题是如何控制和降低空中颗粒物对直流线路合成电场的影响,以满足环保要求。在我国北方第一条±660kV和±800kV直流线路设计中,极导线最小高度是基于不同季节地面合成电场大量实验数据统计分析给出,这是为了工程急需采取的应急措施,不能从根本上理清颗粒物对直流输电线路离子流场影响的机理和规律,也不能完全满足工程设计需求,须就空中颗粒物对直流线路电场的影响进行深入研究。
1、论文所解决的问题及意义
空中颗粒物捕获电晕离子形成空间电荷是影响直流电晕放电和高压直流输电线路电磁环境的重要因素之一。关于颗粒物空间电荷效应问题,在输电线路领域,国内外研究较少;在静电除尘和气固两相介质电晕放电领域,研究较多,并取得了不少成果;在尘埃等离子体领域,对低气压条件下有一些研究。为了研究空中悬浮颗粒物对直流电晕放电和高压直流输电线路电磁环境影响,有必要对当前关于颗粒物空间电荷效应的相关文献进行梳理和总结,指出当前研究中存在的问题,为未来的研究提出建议。
2、当前研究存在的问题
实验研究方面,目前绝大部分实验工作仅着眼于空间电荷密度的测量,且对线路下空间电荷密度横向分布的实验研究工作较少,地面合成电场和离子流密度横向分布仅有中国电力科学研究院的研究人员进行了测量和研究,但还不够全面和系统,无法获得颗粒物对合成电场和离子流场影响的规律。关于颗粒物对直流电晕起晕特性和伏安特性影响的研究,输电线路电磁环境领域内还未见报道。虽然静电除尘和气固两相介质电晕放电研究领域的实验研究较多,但其实验结果对输电线路电磁环境领域的研究工作仅具有参考意义。离子迁移率作为高压直流线路离子流场模型中一个非常重要的计算参数,空中颗粒物对其影响的规律缺乏研究。
理论研究方面,虽然已有一些工作,但存在诸多问题,且计算过程中没有考虑颗粒物粒径的多分散性,离子输运参数没有考虑颗粒物的影响。静电除尘领域内关于颗粒物空间电荷效应的理论研究较多,可以为输电线路电磁环境领域内的理论研究提供参考,但其仍然存在以下问题:大部分研究者在理论研究中忽略了电晕电离区;理论模型中缺乏考虑颗粒物的物理化学特性对荷电过程的影响;颗粒物的荷电机制研究不够全面;缺乏关于温、湿度等环境条件对颗粒物空间电荷效应影响的研究。
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