复杂环境下特高压直流输电线路的离子流和合成电场特性的研究

离子流密度和合成电场是直流输电线路电磁环境评价的两个重要指标。为满足我国发展特高压直流输电技术的迫切需要，建设环境友好、资源节约、安全可靠、经济合理的特高压直流输电工程，本项目通过模拟和真型实验、理论分析和建模计算相结合的研究方法，重点研究复杂环境下特高压直流输电线路的离子流和合成电场的特性。主要内容包括：（1）不同极性电晕放电的起始条件、电晕放电模型和起晕场强的计算方法；（2）电晕电场宏观模型、复杂环境下的离子流和合成电场的计算方法；（3）海拔高度和风速等地理和环境因素对起晕场强、离子流和合成电场的影响特性与修正方法；（4）工频电场对离子流和合成电场的影响特性与离子流和混合电场的计算方法；（5）合成电场对不同典型树木的电晕和烧灼特性、起晕场强和烧灼场强的阈值以及线路跨越森林植被的净空距离；（6）人体和建筑物对离子流和合成电场的畸变特性与线路对邻近建筑物的防护距离。

完成了研究内容并有扩展，达到了预期目标。. 通过小尺寸与真型模型试验、建模与仿真等方法，对高压直流输电线路的电晕放电机理、离子流场计算方法、以及离子流场影响因素、分布特性和工程应用等进行了系统研究，在4个方面取得了主要成果。.一、提出了适于不同情况的离子流场二维、三维计算方法.(1)提出了计算二维合成电场的上流有限元快速方法，可计及风速的影响。提出了合成电场全耦合计算方法，引入迎风权函数，消除了不稳定问题。.(2)提出了计算三维合成电场的电场线方法，适用于复杂边界条件。提出了计算三维合成电场的上流有限元快速方法。.(3)提出了严格满足Kaptzov假设的交直流混合电场二维和三维计算方法，将有限元法和有限体积法相结合，解决了计算的稳定性和收敛性问题。.二、建立了高压直流输电线路离子流场的测量系统.(4)获得了空间电荷、离子流板参数等对合成电场与离子流密度测量的影响规律，建立了标定装置。给出了混合电场交直流分量的分离方法。.三、揭示了复杂情况下高压直流导线的电晕放电特性，获得了离子流场的分布规律.(5)建立了直流分裂导线表面电晕放电模型，改进了起晕电压和场强的计算方法。揭示了直流分裂导线表面电荷密度及周围离子流的分布规律。.(6)揭示了工频电场对直流电晕放电的影响规律，获得了不同交直流比例下导线表面电荷密度与电晕电流的低频关联特性。揭示了交流线路对并行直流线路电晕损失的增强机理以及对同塔直流线路离子流场的屏蔽机理。.(7)揭示了直流输电线路存在人体、建筑物、薄膜大棚、金属网时离子流场的分布规律，提出了邻近建筑物的防护距离确定方法。.(8)获得了合成电场对典型树木树冠的起晕场强和烧灼场强阈值，提出了直流输电线路跨越森林时净空距离的确定方法。.(9)获得了人在直流输电线路下方时稳、暂态电击感受的统计结果，提出了交直流并行输电线路离子流场的限值要求。.(10)揭示了风速和海拔高度对离子流场的影响规律，提出了离子流场的海拔高度修正方法。.四、获得了满足离子流场限值要求的特高压直流输电线路设计方案.(11)提出了±800kV与±1100kV并行架设、与500kV交流同塔架设时线路的设计方案，获得了其跨越500kV交流线路时的混合电场分布。.发表学术论文37篇，其中SCI收录14篇，EI收录31篇。申请发明专利6项(1项已授权）。