直流輸電線路電暈放電的微觀物理過(guò)程及離子流場(chǎng)分析.pdf

1、特高壓直流輸電線路由于運(yùn)行電壓極性固定,電暈放電導(dǎo)致的空間電荷使得離子流場(chǎng)問(wèn)題尤為嚴(yán)峻。開(kāi)展電暈放電微觀物理過(guò)程研究對(duì)于探求電暈放電的演化規(guī)律、指導(dǎo)輸電線路離子流場(chǎng)計(jì)算具有重要理論價(jià)值。電暈放電微觀過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量激發(fā)態(tài)粒子、帶電粒子、自由基等微觀粒子,動(dòng)理學(xué)規(guī)律極其復(fù)雜。由于缺乏有效的等離子體診斷手段,電暈放電的很多關(guān)鍵微觀參數(shù)無(wú)法通過(guò)試驗(yàn)獲得,國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量電暈微觀機(jī)理的數(shù)值研究,至今未取得突破性進(jìn)展?？啥糠治鲭姇灧烹娢⒂^物理過(guò)

2、程的模型尚缺,對(duì)其影響因素的微觀分析也未能深入。本文在流體動(dòng)力學(xué)電暈放電模型的基礎(chǔ)上,提出研究電暈放電微觀物理過(guò)程的混合數(shù)值模型。采用棒-板電極最簡(jiǎn)模型對(duì)電暈放電脈沖電流進(jìn)行了計(jì)算分析,研究電暈放電微觀特征量在單次放電脈沖持續(xù)過(guò)程中的時(shí)空發(fā)展規(guī)律。建立了直流輸電線路電暈放電宏觀離子流場(chǎng)計(jì)算模型,討論了輸電線路結(jié)構(gòu)對(duì)離子流場(chǎng)的影響,著重分析相對(duì)空氣密度對(duì)離子流場(chǎng)的影響規(guī)律。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①提出了可量化研究電暈放電微觀物理

3、過(guò)程的混合數(shù)值模型。模型中利用流體動(dòng)力學(xué)控制方程描述電暈放電的宏觀物理規(guī)律;采用等離子體化學(xué)反應(yīng)過(guò)程電暈放電微觀過(guò)程中粒子的產(chǎn)生和消散過(guò)程;Boltzmann方程求解模塊給流體動(dòng)力學(xué)模型提供詳細(xì)的電子輸運(yùn)參數(shù)和能量傳遞系數(shù),同時(shí)給等離子體化學(xué)模型提供化學(xué)反應(yīng)速率;通過(guò)試驗(yàn)得到的正負(fù)電暈放電單次脈沖波形和UI特性曲線證明了該模型的有效性。②計(jì)算分析了正負(fù)電暈的脈沖形成機(jī)制,在此基礎(chǔ)上研究得到了負(fù)電暈放電的電子特性(平均電子能量、電子密度、

4、電子的生成/消散速率等)和負(fù)電暈放電的重粒子特性(凈空間電荷、等離子體化學(xué)反應(yīng)速率、重粒子的成分及密度)在單次脈沖持續(xù)過(guò)程中的時(shí)空發(fā)展規(guī)律。③采用上流有限元法建立了直流輸電線路電暈放電的宏觀離子流場(chǎng)計(jì)算模型,利用單/雙極試驗(yàn)導(dǎo)線的地面合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度證明了模型的有效性,討論了輸電線路結(jié)構(gòu)對(duì)離子流場(chǎng)的影響,著重分析了相對(duì)空氣密度對(duì)離子流場(chǎng)的影響。對(duì)±800 kV和±1100 kV直流輸電線路離子流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果表明,在跨越高海拔、高溫度