电晕效应的损失及缓解方法

在高电压作用下输电线路导线表面电位梯度升高，当导线表面电场强度超过空气的击穿强度时，导线周围的空气发生游离放电，放电产生的带电离子在交变电场作用下在导线周围往返运动，同时还会产生蓝紫色辉光并发出轻微的“嘶嘶”声，这些现象消耗的能量统称为电晕损失。

交流输电线路的电晕损失主要与导线表面电场强度和线路电压等级等因素有关。其中，导线表面电场强度主要受天气状况的影响，为此，本节按不同的天气条件（好天气、雨天、雪天）讨论电晕损失。

好天气时线路的电晕损失主要是绝缘子的泄漏损失，每千米约几千瓦，仅占线路电阻损失的很小一部分，与雨天和雪天的电晕损失相差百倍以上，但考虑到整个运行期间，好天气所占的时间比例是最大的，因此，从总能量消耗来看仍有一定的经济意义。雨天导线下方形成水滴，这些水滴会使导线表面场强发生严重畸变，导致电晕损失急剧增加。下雪天尤其是湿雪天线路的电晕损失是最大的，湿雪附着在导线表面，使得导线表面更粗糙，导线周围的电场分布变得极不均匀，电晕损失大大增加，当湿雪变为干雪后，就不易附着在导线上，电晕损失会减小。

电晕损失是电力工业中的一个技术经济指标，电晕损失估算是最佳线路设计的基本工作，在电网的设计中是首先必须验算的，特别是电晕损失较大的高海拔远距离输电线路。但是，国外相关研究结果表明，随电压等级的提高，在决定导线结构方面，电晕损失所起的作用越来越小，而由电晕引起的可听噪声和无线电干扰对特高压线路的设计起决定性作用。因此，本节不再对特高压线路的电晕损失进行详细计算分析，只列写其计算方法。

由于输电线路的电晕损失随天气状况的不同变化范围很大，且各国气象条件差异很大，线路的电晕损失虽已研究多年，但至今还没有国际公认的电晕损失估算方法。这里简要介绍电力工程高压送电线路设计手册中电晕损失估算方法。

1）导线表面电场强度

马克特—门格尔法的计算精度能满足工程要求，且较为简单，本书采用此法计算输电线路的表面电场强度。

（1）分裂导线的等效半径req为

式中，R—分裂导线的半径，m；n—子导线的根数；r—子导线的半径，m。

（2）用麦克斯韦电位系数法决定每根等效导线的电荷Q为

式中，[Q]—导线电荷的列矩阵；[U]—导线上电压的列矩阵；[P]—导线的自电位系数和互电位系数组成的方阵。

（3）分裂导线的平均最大表面电场强度。(www.xing528.com)

式中，Eav—子导线平均表面电场强度，kV/cm；Emax—导线表面最大电场强度，kV/cm。

2）起晕场强

根据皮克公式，平行导线的临界电位梯度最大值（起晕场强）E0。

式中，m为导线表面系数，对绞线一般可取0.82；δ为相对空气密度；r为导线半径，cm。

3）电晕损失

输电线路的年平均电晕损失，为三相导线在各种天气条件下（好天气、雪天、雨天、雾凇天）产生的电晕功率损失的总和。

式中，Pk为三相总计的平均功率损失，W/m；Em1、Em2、Em3分别为三相导线表面电位梯度，对单导线取Em，对分裂导线取平均电位梯度最大值，MV/m；F1、F2、F3、F4分别为好天气、雪天、雨天、雾凇天时的电晕损失函数，可由曲线查出；T1、T2、T3、T4分别为一年内好天气、雪天、雨天、雾凇天的小时数。

文献[3]对单回和双回特高压交流输电线路的年平均电晕损耗进行了研究。结果表明我国1000kV特高压单回路交流输电示范工程晋东南—南阳—荆门输电线路年平均电晕损耗约为18.87kW/km。对于1000kV同塔双回输电工程锡盟—南京输电线路，在不同天气条件下，不同导线的电晕损耗及年平均损耗计算结果如表13-4所示[3]。显然，线路的电晕损耗主要取决于坏天气。

表13-4　1000kV同塔双回线路在不同天气条件下的电晕损耗（kW/km）

相关研究表明，特高压线路电晕损耗一般为线路电阻损耗的10%～20%。