混合凇對(duì)分裂導(dǎo)線起暈電壓影響

張 滿 蔣興良 舒立春 胡建林 陳 吉 郭裕鈞

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

1 引言

我國(guó)的三級(jí)階梯地形決定了我國(guó)地貌復(fù)雜，微氣候特征多樣的特點(diǎn)，而在海拔較高及以上地區(qū)冬季的凍雨、凍霧天氣極易形成混合凇覆冰，從而引起大量輸電線路事故，這些因素表明我國(guó)是輸電線路覆冰較為嚴(yán)重的國(guó)家之一[1,2]；而特高壓、遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)的發(fā)展必然會(huì)使輸電線路承受極其惡劣的環(huán)境，隨之引發(fā)的電暈問題日益受到重視[3,4]；根據(jù)覆冰機(jī)理，混合凇屬于干、濕增長(zhǎng)之間的一種覆冰過程，當(dāng)覆冰過程發(fā)展充分時(shí)，與導(dǎo)線接觸面的冰密度可達(dá) 948.35kg/m3且結(jié)構(gòu)密實(shí)，屬雨凇性質(zhì)，而最外層與空氣接觸的一層冰毛刺不平,密度低于300kg/m3，屬于霧凇性質(zhì)，故混合凇是一種雨凇、霧凇交替出現(xiàn)的形式，且生長(zhǎng)速度快，對(duì)導(dǎo)線危害特別大[5-7]；混合凇覆冰后的導(dǎo)線上表面會(huì)形成無數(shù)個(gè)凹凸不平的冰樹枝從而增加導(dǎo)線表面粗糙度，而導(dǎo)線下表面會(huì)形成較長(zhǎng)的冰柱，導(dǎo)致導(dǎo)線形態(tài)發(fā)生改變，由于冰樹枝和冰柱的出現(xiàn)會(huì)使得導(dǎo)線電場(chǎng)發(fā)生畸變，即使在較低電壓等級(jí)下，導(dǎo)線也會(huì)出現(xiàn)電暈放電，從而降低導(dǎo)線的起暈電壓[8-9]。

特高壓線路中的導(dǎo)線表面及其附近將產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)，故常采用分裂導(dǎo)線形式進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電[10]，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)運(yùn)行中的導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度足夠強(qiáng)時(shí)（約20～30kV/cm），會(huì)使周圍的氣體局部電離，氣體分子分解為帶正電荷的離子與帶負(fù)電荷的電子，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)一步增大時(shí)會(huì)出現(xiàn)電子倍增現(xiàn)象，形成電暈放電[11]；電暈會(huì)產(chǎn)生高頻電磁脈沖，引起無線電干擾，也會(huì)增加輸電線路能量損耗，隨之產(chǎn)生的“電風(fēng)”效應(yīng)會(huì)引起導(dǎo)線舞動(dòng)，還會(huì)使導(dǎo)線局部溫度增加而與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，嚴(yán)重影響輸電線路的安全運(yùn)行[12-14]。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)導(dǎo)線在清潔、涂污、淋雨及高海拔等條件下的電暈起始特性進(jìn)行了一定的研究[15-17]，而針對(duì)混合凇覆冰條件下導(dǎo)線的電暈特性及其起暈電壓計(jì)算等問題的研究并不深入；也有針對(duì)由于常年運(yùn)行的導(dǎo)線老化后表面出現(xiàn)凸起點(diǎn)等而引發(fā)電暈放電的研究[18]；文獻(xiàn)[19]中通過大量試驗(yàn)總結(jié)得出導(dǎo)線起暈場(chǎng)強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)公式，但文中提及的計(jì)算導(dǎo)線起暈電壓經(jīng)典的 Peek公式并沒有考慮覆冰等其他外部環(huán)境的影響因素，所得計(jì)算結(jié)果常常與工程實(shí)際相差較遠(yuǎn)。文獻(xiàn)[20]研究了實(shí)際導(dǎo)線表面由于水滴、覆冰、積污等原因產(chǎn)生的尖端使得電場(chǎng)畸變，即使電壓不是很高的時(shí)候?qū)Ь€也會(huì)出現(xiàn)很多局部的電暈點(diǎn)，但文中并沒有深入研究混合凇覆冰對(duì)導(dǎo)線電暈特性的影響規(guī)律；文獻(xiàn)[21]中研究了交流電場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線霧凇覆冰形態(tài)的影響，并認(rèn)為霧凇冰樹枝形態(tài)的變化會(huì)影響電暈放電量，同樣文中并未針對(duì)混合凇覆冰后的起暈電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行研究。

為探求混合凇覆冰對(duì)分裂導(dǎo)線起暈電壓影響規(guī)律，本文在多功能人工氣候試驗(yàn)室內(nèi)完成了單、雙及三分裂導(dǎo)線混合凇覆冰后的交流電暈試驗(yàn)，并利用紫外成像儀及I-U曲線擬合法對(duì)起暈電壓進(jìn)行測(cè)量并分析其變化機(jī)理，同時(shí)還研究了不同覆冰水電導(dǎo)率對(duì)分裂導(dǎo)線起暈電壓的影響規(guī)律，并根據(jù)混合凇覆冰形態(tài)建立了相應(yīng)的有限元模型，以此為輸電線路設(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

試驗(yàn)是在內(nèi)長(zhǎng)為3.8m，內(nèi)徑為2.1m的低溫低氣壓試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的，如圖1所示；人工氣候室內(nèi)的溫度可調(diào)，最低可達(dá)-36℃，最低氣壓可達(dá)34.6kPa，滿足試驗(yàn)要求。人工氣候室內(nèi)安裝有按國(guó)際電工委員會(huì)(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，風(fēng)速為1～3m/s可調(diào)；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

導(dǎo)線置于三段式電暈籠中心進(jìn)行覆冰，三段式電暈籠直徑為 2m，總長(zhǎng)度為 2m，前后兩段(0.5m)電暈籠接地，中間段(1m)用來測(cè)量導(dǎo)線起暈電壓；試品采用長(zhǎng)度為2m的三種導(dǎo)線，參數(shù)見表1，分裂導(dǎo)線間距為35cm，導(dǎo)線末端安裝均壓環(huán)以消除端部效應(yīng)；環(huán)境參數(shù)采用PTU2000數(shù)字化溫度、濕度和氣壓綜合測(cè)量?jī)x測(cè)量，水滴直徑及液態(tài)水含量采用激光粒度儀進(jìn)行測(cè)量，混合凇采用先雨凇、后霧凇的交替覆冰形成，交替時(shí)間相同，試驗(yàn)條件見表 2；由于電暈放電產(chǎn)生的光譜絕大部分為不可見的紫外區(qū)域，故采用CoroCAM IV+紫外成像儀來觀測(cè)電暈發(fā)展，紫外成像儀檢測(cè)到的光子數(shù)與電暈放電過程有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[22]；20℃覆冰水電導(dǎo)率采用DD-810E精密型電導(dǎo)率儀進(jìn)行測(cè)量，雙分裂及三分裂試品、裝置及試驗(yàn)布置如圖4。

表1 LGJ—70/40鋼芯鋁絞線基本參數(shù)Tab.1 Parameters of LGJ—70/40 stranded wires

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

圖3 測(cè)量設(shè)備Fig.3 Test equipments

圖4 雙分裂及三分裂導(dǎo)線試驗(yàn)布置圖Fig.4 Test arrangement for double and triple bundle conductors

2.2 試驗(yàn)方法及起暈電壓判據(jù)

在人工氣候試驗(yàn)室內(nèi)分別對(duì)LGJ—70/40的單、雙及三分裂導(dǎo)線進(jìn)行混合凇覆冰，覆冰時(shí)間分別為15min、30min、45min和60min；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(cè)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。圖5為三分裂導(dǎo)線15min混合凇覆冰時(shí)，紫外成像儀拍攝的交流電壓下電暈光子數(shù)圖片。由圖可知，50.3～60.5kV之間，導(dǎo)線上僅出現(xiàn)較少光子數(shù)，說明導(dǎo)線沒有起暈，65kV之后紫外成像儀捕獲的光子數(shù)目大量增加產(chǎn)生突變，故認(rèn)為起暈電壓應(yīng)該在 65kV左右并可采用I-U曲線擬合法計(jì)算起暈電壓值；錄像某一電壓下連續(xù)30s內(nèi)對(duì)應(yīng)光子數(shù)并計(jì)算平均值，作光子數(shù)-電壓特性曲線，測(cè)量三次，如圖 6a所示，曲線拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值即為電暈起始電壓，同時(shí)三次測(cè)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值。

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

圖6 三分裂絞線15min混合凇覆冰起暈電壓Fig.6 Triple bundle conductor corona onset voltage after 15min mixed-phase icing

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 覆冰程度對(duì)起暈電壓影響

為探求混合凇覆冰程度對(duì)分裂導(dǎo)線起暈電壓的影響規(guī)律，電導(dǎo)率固定為400μS/cm(校正到20℃)，三種導(dǎo)線表面所形成的混合凇形態(tài)如圖7所示，不同時(shí)間下的冰柱長(zhǎng)度如圖8所示，覆冰完成后利用紫外成像儀及I-U曲線擬合法對(duì)光子數(shù)及所加電壓進(jìn)行分析，所得起暈電壓趨勢(shì)如圖9所示。

圖7 鋼芯鋁絞線混合凇覆冰形態(tài)特寫Fig.7 Mixed-phase ice morphology close-up on the surface of stranded conductor

圖8 不同覆冰時(shí)間下的混合凇形態(tài)Fig.8 Mixed-phase ice morphology under different time

圖9 覆冰前后的絞線起暈電壓值Fig.9 Corona onset voltage before and after ice coating

由圖9可知，混合凇覆冰對(duì)導(dǎo)線起暈電壓的影響非常大，即使只有15min的覆冰時(shí)間，起暈電壓也會(huì)降低至未覆冰時(shí)的60%左右，這是由于混合凇會(huì)在導(dǎo)線上表面產(chǎn)生無數(shù)個(gè)細(xì)小的冰樹枝，下表面產(chǎn)生較長(zhǎng)的冰柱，如圖 7、圖8所示，不僅增加了導(dǎo)線表面的粗糙程度，還改變了導(dǎo)線原有的形態(tài)，而冰樹枝及冰柱尖端會(huì)使導(dǎo)線表面電場(chǎng)發(fā)生嚴(yán)重畸變，即使在較低的電壓下導(dǎo)線表面也會(huì)出現(xiàn)局部電暈效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致起暈電壓下降。

隨著覆冰程度的增加，導(dǎo)線起暈電壓會(huì)出現(xiàn)繼續(xù)減小的現(xiàn)象，但減小速度逐漸減慢，并最終趨于飽和；主要原因是混合凇屬于先雨凇后霧凇的交替增長(zhǎng)覆冰形式，雨凇覆冰會(huì)在導(dǎo)線表面先形成一層水膜，隨著水量的增加便開始下滴并形成冰柱，而霧凇覆冰是由于水滴直徑小且外界溫度低，當(dāng)水滴碰撞導(dǎo)線瞬間即變?yōu)楸顟B(tài)的一種覆冰形式，它會(huì)在導(dǎo)線表面形成一層較厚的冰層從而增加導(dǎo)線的等效直徑；隨著覆冰時(shí)間的增加，霧凇在導(dǎo)線表面形成的較厚冰層會(huì)使水滴的碰撞率下降，導(dǎo)致雨凇階段需要更長(zhǎng)的時(shí)間來形成冰柱，從而抑制雨凇冰柱生長(zhǎng)以及冰柱尖端直徑減小的速度；與此同時(shí)，較厚的冰層會(huì)弱化雨凇冰柱及霧凇冰樹枝的電場(chǎng)畸變作用，故導(dǎo)線起暈電壓的下降速度減慢，并最終趨于飽和。

相同覆冰時(shí)間內(nèi)，不同導(dǎo)線表面形成的覆冰形態(tài)幾乎相同，如圖8所示，但混合凇對(duì)分裂數(shù)越多的導(dǎo)線起暈電壓影響相對(duì)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(duì)較高，故覆冰后的導(dǎo)線表面起暈電壓會(huì)更高一些。

3.2 覆冰水電導(dǎo)率對(duì)起暈電壓的影響

實(shí)際輸電線路覆冰表面往往因?yàn)檫^冷卻水滴在凍結(jié)前被導(dǎo)電微粒所污染，進(jìn)而具有較高的電導(dǎo)率，而較高的覆冰水電導(dǎo)率會(huì)增加導(dǎo)電離子濃度，從而降低導(dǎo)線的電氣性能，因此有必要研究不同覆冰水電導(dǎo)率對(duì)導(dǎo)線混合凇覆冰后的起暈電壓影響規(guī)律；在20℃試驗(yàn)下采用分別為30μS/cm、400μS/cm、800μS/cm、1 200μS/cm 四種覆冰水電導(dǎo)率進(jìn)行覆冰，則不同覆冰形態(tài)及起暈電壓值見圖10和圖11。

圖10 不同電導(dǎo)率下的30min混合凇覆冰形態(tài)Fig.10 Mixed-phase icing morphology in 30min under different conductivity

圖11 不同電導(dǎo)率的起暈電壓值Fig.11 Corona onset voltage of different conductors under different conductivity

由圖10和圖11可知，導(dǎo)線進(jìn)行30min混合凇覆冰時(shí)，不同覆冰水電導(dǎo)率下的導(dǎo)線覆冰形態(tài)幾乎相同，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)為混合凇覆冰后的起暈電壓不受覆冰水電導(dǎo)率影響；這主要是因?yàn)榛旌馅儆诟伞窠惶嬖鲩L(zhǎng)覆冰過程，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，且由于霧凇表面形態(tài)極為復(fù)雜，放電點(diǎn)數(shù)目、冰凌尖銳程度均不一樣，故起暈電壓沒有隨覆冰水電導(dǎo)率的不同而發(fā)生規(guī)律性的變化；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)值幾乎相同。

4 覆冰表面電場(chǎng)分布及有限元建模

4.1 混合凇覆冰形態(tài)模型

通過對(duì)比混合凇覆冰形態(tài)數(shù)據(jù)及表面覆冰照片可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)線上表面霧凇部分的冰樹枝可以等效為圓錐體形狀，下表面的冰柱部分可以等效為橢球體，如圖12所示。

圖12 混合凇覆冰形態(tài)模型Fig.12 Morphology model for mixed-phase ice

4.2 圓錐體電場(chǎng)模型

橢球體尖端置于球坐標(biāo)原點(diǎn)，橢球體的軸為坐標(biāo)系的極軸，討論原點(diǎn)附近區(qū)域0≤θ′≤π-α的場(chǎng)強(qiáng)分布，設(shè)導(dǎo)體上的電勢(shì)為零，當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零；設(shè)導(dǎo)體外為真空，故其外空間電場(chǎng)的電勢(shì)滿足拉普拉斯方程2φ?=0，在軸對(duì)稱電勢(shì)問題中拉普拉斯方程一般解取[23]

式中，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，因此有

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

根據(jù)冰柱尖端表面附近靜電場(chǎng)的一般特性可以得知導(dǎo)體上電荷的分布情況，因此可以用式（4）的第一項(xiàng)來近似地描寫電勢(shì)的特性，得

對(duì)于細(xì)椎體。α?1故可以設(shè)

K為常數(shù)，α趨近于0時(shí)，φ趨近于常數(shù)，有f(θ′)?1。在式（5）中考慮這一關(guān)系，整理化簡(jiǎn)得

當(dāng)θ'=π-α?xí)r，φ表面電勢(shì)為0，故有

又α?1，cos[(π-α)/2]=sin(α/2)≈α/2，從而得到γ的最小值是

由式（9）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(chǎng)強(qiáng)度為

4.3 橢球體電場(chǎng)模型

圖12d中橢球體方程

且橢球主軸平行于均勻外電場(chǎng)E0的方向，即外電場(chǎng)與z軸重合。

橢球形的介質(zhì)樣品具有均勻的極化強(qiáng)度產(chǎn)生一個(gè)均勻的退極化場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)。如果以橢球的三個(gè)主軸作為參考z，極化強(qiáng)度的三個(gè)分量分別為

式中，Nx、Ny、Nz為退極化因子。

人民民主專政的國(guó)家擔(dān)負(fù)著對(duì)內(nèi)職能和對(duì)外職能。對(duì)內(nèi)充分發(fā)揮民主職能，保證人民群眾當(dāng)家作主的地位，通過組織社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)、文化建設(shè)等，從經(jīng)濟(jì)、文化等社會(huì)各個(gè)方面滿足人民的需求，提高人民的生活水平和質(zhì)量。但在社會(huì)主義發(fā)展的不同階段，隨著國(guó)內(nèi)外形勢(shì)的變化，國(guó)家所面臨的主要矛盾、擔(dān)負(fù)的主要任務(wù)不同，國(guó)家職能也應(yīng)不斷調(diào)整。江澤民在正確把握國(guó)內(nèi)外環(huán)境深刻變化的基礎(chǔ)上，完善、發(fā)展了國(guó)家職能理論，使其更加符合時(shí)代發(fā)展的要求，真正起到了保證社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的作用。

因此，橢球表面上的極化電荷在球內(nèi)產(chǎn)生的電場(chǎng)是一個(gè)均勻場(chǎng)，其值為

式中，σp0為介質(zhì)橢球表面與z軸正向交點(diǎn)處極化電荷面密度。根據(jù)靜電場(chǎng)邊值問題唯一性定理可斷定以上討論的問題中橢球表面上的感應(yīng)電荷應(yīng)為

式中，系數(shù)σ0為橢球體與z軸正向交點(diǎn)處的感應(yīng)電荷面密度的大小，θ為導(dǎo)體表面的外法線方向與場(chǎng)的夾角。為了確定σ0，由以上式（13）、式（14）兩式可知，當(dāng)E1′=E0時(shí)，σp0=σ0，即σ0=(ε0/Nz)E0。由此，根據(jù)式（14），可得所討論的問題中中性橢球體表面的感應(yīng)電荷分布為

任一主軸平行于均勻外電場(chǎng)E0時(shí)，中性橢球?qū)w表面感應(yīng)電荷分布規(guī)律為

這里，N為平行于橢球體主軸方向的退極化因子。且

式中，Rt=[(α2+t)(b2+t)(c2+t)]1/2。

4.4 混合凇覆冰有限元建模及計(jì)算

根據(jù)第4.1～4.3節(jié)中尖端電場(chǎng)分布模型，利用Maxwell軟件進(jìn)行有限元建模計(jì)算，覆冰參數(shù)見表3；將三種導(dǎo)線置于直徑為2.1m的同軸電極中，分別施加51kV、59kV和67kV（有效值）交流電壓讓導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到表面電場(chǎng)為15kV/cm，與實(shí)際運(yùn)行導(dǎo)線表面電場(chǎng)相一致；導(dǎo)線材料設(shè)為 Aluminum（鋁），冰厚及冰柱材料為Ice相對(duì)介電常數(shù)為75，場(chǎng)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，所建模型如圖13所示（未按照比例畫出），仿真結(jié)果如圖14所示。

圖13 絞線混合凇覆冰仿真模型Fig.13 Mixed-phase icing simulation model of stranded wire

圖14 三分裂混合凇表面電場(chǎng)分布Fig.14 Electric field distribution of triple bundle conductor after mixed-phase ice

表3 混合凇覆冰形態(tài)參數(shù)Tab.3 Parameter of mixed-phase ice morphology

已覆冰的三分裂導(dǎo)線若繼續(xù)在 67kV電壓下運(yùn)行時(shí)，則不同覆冰程度下的表面電場(chǎng)分別為22.6kV/cm、26.5kV/cm、29.3kV/cm 和31.2kV/cm成逐漸增加趨勢(shì)，但增加速度逐漸變慢；這是因?yàn)榛旌馅「脖鶗?huì)在導(dǎo)線上、下表面分別產(chǎn)生霧凇冰樹枝和雨凇冰柱，由于冰樹枝和冰柱的生長(zhǎng)將改變導(dǎo)線原有形態(tài)從而引起導(dǎo)線表面電場(chǎng)畸變，進(jìn)而增加導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)；但表面電場(chǎng)增加速度變慢，這是因?yàn)楦脖鶗r(shí)間的增加導(dǎo)致覆冰厚度隨之增加，導(dǎo)線形成冰柱的時(shí)間將會(huì)延長(zhǎng)，而霧凇冰樹枝的形態(tài)并不隨覆冰時(shí)間而變化，且導(dǎo)線等效直徑的增加會(huì)弱化霧凇冰樹枝和雨凇冰柱的電場(chǎng)畸變效應(yīng)，故電場(chǎng)增加速度最終將趨于飽和。

在相同覆冰時(shí)間內(nèi)對(duì)不同導(dǎo)線分別施加相同的67kV交流電，則不同導(dǎo)線表面電場(chǎng)如圖15所示，以15min覆冰為例。

圖15 覆冰15min導(dǎo)線表面電場(chǎng)分布Fig.15 Electric field distribution of conductor after 15min icing

由圖 15可知，三種不同分裂形式的導(dǎo)線在15min混合凇覆冰時(shí)間內(nèi)，表面最大電場(chǎng)隨導(dǎo)線直徑的增加而減小，分別為 30.1kV/cm、26kV/cm、22.6kV/cm，這是因?yàn)樵谙嗤妷合逻\(yùn)行時(shí)，分裂數(shù)越多的導(dǎo)線等效直徑越大，相同覆冰時(shí)間內(nèi)，冰柱與冰樹枝對(duì)粗導(dǎo)線的電場(chǎng)畸變就越小，對(duì)相同電壓等級(jí)下分裂數(shù)較少的導(dǎo)線而言，多分裂導(dǎo)線表面電場(chǎng)較小，且不容易發(fā)生起暈現(xiàn)象，其本身電場(chǎng)也會(huì)更低，故混合凇對(duì)分裂數(shù)越多的導(dǎo)線影響越小。這與圖9所示的結(jié)論相吻合。

5 結(jié)論

（1）混合凇覆冰會(huì)在導(dǎo)線上、下表面產(chǎn)生較多的冰樹枝和較長(zhǎng)的冰柱，不僅增加了導(dǎo)線粗糙程度還改變了導(dǎo)線原有形態(tài)，從而引起導(dǎo)線表面電場(chǎng)發(fā)生畸變，使導(dǎo)線在較低電壓下出現(xiàn)局部電暈放電，進(jìn)而降低導(dǎo)線起暈電壓。

（2）覆冰程度的增加會(huì)使得導(dǎo)線起暈電壓持續(xù)降低，但由于冰柱增長(zhǎng)速度的減慢，以及導(dǎo)線等效直徑的增加，起暈電壓跌落速度會(huì)逐漸減慢并最終趨于飽和。

（3）相同覆冰時(shí)間內(nèi)，分裂數(shù)越多的導(dǎo)線起暈電壓越大，這是因?yàn)榉至褦?shù)越多，導(dǎo)線等效直徑越大，相同電壓下運(yùn)行時(shí)，粗直徑導(dǎo)線的表面電場(chǎng)本身更低，故相同覆冰程度下導(dǎo)線的分裂數(shù)越多，起暈電壓越高

（4）混合凇覆冰后的雨凇表面由于失去液態(tài)水膜，故其冰面的電暈放電量與霧凇冰樹枝一樣，均不隨覆冰水電導(dǎo)率的不同而改變，且不同鹽濃度下的混合凇形態(tài)并不會(huì)發(fā)生變化，故覆冰后的導(dǎo)線表面起暈電壓也不會(huì)發(fā)生變化。

（5）混合凇對(duì)導(dǎo)線起暈電壓的影響主要是由于導(dǎo)線雨凇冰柱及霧凇冰樹枝的尖端局部電場(chǎng)非常強(qiáng)，即使在很低電壓下也會(huì)使得導(dǎo)線表面電場(chǎng)嚴(yán)重畸變，引起電暈效應(yīng)，故導(dǎo)線起暈電壓會(huì)降低。

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