胡 琴 吳 執(zhí) 舒立春 蔣興良 楊 爽 徐清鵬

?

交流電場下水滴對導(dǎo)線電暈特性的影響

胡 琴1吳 執(zhí)2舒立春1蔣興良1楊 爽1徐清鵬1

（1. 重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室 重慶 400044 2. 國網(wǎng)重慶南岸供電公司 重慶 400060）

導(dǎo)線電暈會帶來巨大的危害，是輸電線路設(shè)計與運行必須考慮的重要因素之一，而降雨天氣會嚴重影響導(dǎo)線的電暈特性。本文在小型電暈籠內(nèi)對導(dǎo)線表面附著水滴時進行交流電暈試驗，同時結(jié)合二維和三維有限元仿真來分析導(dǎo)線的電暈特性。研究表明，導(dǎo)線表面布滿水的起暈電壓遠小于導(dǎo)線表面附著少量水滴的起暈電壓；根據(jù)水滴在電暈過程中的破裂方式提出采用水滴的第一次破裂電壓和第一次噴射微滴電壓來表征水滴在電場作用下的穩(wěn)定程度，試驗得到導(dǎo)線表面附著三滴水的第一次破裂電壓、第一次噴射微滴電壓低于導(dǎo)線表面附著一滴水的值；水滴在交流電場中將會做兩倍于電場頻率的受迫振動，而且水滴在不同的振動位置對空間場強的畸變程度不一，這將導(dǎo)致水滴電暈過程中的瞬時電暈現(xiàn)象；通過三維仿真計算得到導(dǎo)線表面附著三滴水時的空間場強最大值和強場強區(qū)域體積大于導(dǎo)線表面附著一滴水的值，說明三滴水時對電場的畸變更為嚴重。

交流電場 電暈 水滴 破裂 振動 空間場強

0 引言

在輸電線路上，電暈現(xiàn)象常常指導(dǎo)線表面的電場強度超過空氣分子的游離強度時，導(dǎo)線表面的空氣分子發(fā)生電離，形成的一種自持放電[1-4]。實際工程中，電暈放電常常伴隨著能量的損失、可聽噪聲污染、無線電干擾、腐蝕作用、導(dǎo)線舞動等危害[5-8]。文獻[9,10]對直流導(dǎo)線上水滴的電暈特性進行了研究，認為導(dǎo)線上有水滴時的電暈分為純電暈與水滴變形時的電暈兩種，水滴電暈放電與水滴的滴落模式、水滴荷質(zhì)比、水滴半徑有密切關(guān)系，并認為水滴在電暈過程中呈現(xiàn)出極不穩(wěn)定性。文獻[11]將附著水滴的導(dǎo)線放置在不同溫度下進行電暈試驗，研究發(fā)現(xiàn)水滴電暈與水滴的物理特性有很大的關(guān)系。文獻[12,13]對不同溫度、濕度和氣壓等大氣環(huán)境條件下導(dǎo)線的電暈特性進行了研究，得到導(dǎo)線的起始電暈電壓隨著氣壓降低、濕度升高而減小。文獻[14]研究了大雨天氣下導(dǎo)線電暈對電磁環(huán)境的影響，認為大雨狀況下，由導(dǎo)線電暈引起的可聽噪聲和無線電干擾遠遠大于導(dǎo)線干燥情況下的影響。文獻[15]研究了不同霧水電導(dǎo)率對導(dǎo)線電暈特性的影響，試驗發(fā)現(xiàn)霧水電導(dǎo)率越高，導(dǎo)線的起暈電壓越低。

由上可知，近年來對導(dǎo)線的試驗研究主要集中在水滴自身物理特性、大氣參數(shù)、霧水電導(dǎo)率以及導(dǎo)線電暈對電磁環(huán)境的影響，而較少涉及附著在導(dǎo)線上的水滴對導(dǎo)線電暈過程和水滴在電暈過程中的形變、受力機制的影響分析。

本文在自行設(shè)計的電暈籠內(nèi)對淋雨條件下導(dǎo)線表面附著一滴水、三滴水、布滿水的電暈放電特性進行了試驗研究，分析導(dǎo)線上附著水滴的起暈過程，導(dǎo)線直徑對電暈的影響，對水滴在電暈過程中的穩(wěn)定參量進行了假設(shè)，對導(dǎo)線電暈過程中的電暈放電圖譜進行了統(tǒng)計，同時分析了水滴在電暈過程中的受力變量并建立三維模型對導(dǎo)線表面附著一滴水、三滴水的空間場強進行了仿真計算。

1 試品、試驗裝置與試驗方法

1.1 試驗裝置

本文電暈試驗在自行設(shè)計的小型三段式電暈試驗圓筒里進行，如圖1所示。電暈籠主體由外徑300mm、內(nèi)徑280mm、長1 000mm的有機玻璃罐組成，兩端密封蓋邊長為400mm、厚度為12mm，電暈籠中段開有一直徑為100mm的觀測圓孔[15]。為了防止導(dǎo)線端部起暈，導(dǎo)線兩端置有直徑為60mm的銅球，用來改善導(dǎo)線端部電場[6]。

圖1 試驗設(shè)備

試驗由YDJ—900/150試驗變壓器（短路阻抗8.34%）和TDJY—1000/10移圈式調(diào)壓器（短路阻抗8.25%）提供電源。其額定電壓為150kV，額定電流6A，輸入電壓0～10.5kV，輸出電壓范圍為0～150kV（有效值），最大短路電流30A；試驗電壓由高壓端通過精度為2%的SGB—200A工頻電容分壓器測量，分壓器分壓比為1∶10 000。

本文利用CoroCAM IV+紫外成像儀進行電暈的觀測，紫外成像儀的觀測鏡頭與導(dǎo)線間距離保持為1m左右[16]，利用LeCroy 44MXi示波器測量電暈放電脈沖。

1.2 試品

本文采用直徑8mm、12mm的不銹鋼鋼管和LGJ 35/6型號的鋼芯鋁絞線（下文稱為8mm絞線）作為試品。

1.3 試驗方法

試驗原理圖如圖2所示。試驗時將導(dǎo)線表面的水滴數(shù)量設(shè)置為一滴水、三滴水、布滿水滴，一滴水、三滴水采用微量進樣器在導(dǎo)線下表面滴加體積約為20ml的水滴，水滴之間中心間距為1cm，大量水滴則采用人工淋雨方式直至導(dǎo)線表面水滴分布飽滿為止。

圖2 試驗回路

實驗開始時，均勻緩慢升高電壓，利用紫外成像儀觀測導(dǎo)線表面尤其是水滴表面的電暈現(xiàn)象，利用示波器記錄電暈放電脈沖，并記錄下相應(yīng)的試驗電壓值。每種試驗重復(fù)3次，每兩次試驗間隔30min，以利于電暈籠內(nèi)殘留空間電荷流散。

2 試驗結(jié)果

導(dǎo)線表面存在少量水滴時，導(dǎo)線上的水滴在外施電壓作用下將會發(fā)生極化而受到電場作用力，加上自身重力和表面張力的作用，水滴會不斷地發(fā)生形變、破裂現(xiàn)象，對導(dǎo)線表面空間電場的畸變程度不一，因此水滴的電暈過程極不穩(wěn)定，其電暈過程分為以下四個階段：無電暈階段、瞬時水滴電暈階段、穩(wěn)定水滴電暈階段和導(dǎo)線電暈階段[17]，且試驗發(fā)現(xiàn)在瞬時水滴電暈階段，同一電壓下水滴的電暈時有時無，并不是一直存在，如圖3所示。而導(dǎo)線表面布滿水滴時，其電暈發(fā)展過程經(jīng)歷由水滴不穩(wěn)定引起的周圍氣體電離的局部電暈放電和導(dǎo)線電暈放電兩個階段[6]。本節(jié)將對導(dǎo)線表面附著水滴時的穩(wěn)定起暈電壓、破裂現(xiàn)象和電暈信號進行分析。

圖3 同一電壓下水滴的瞬間電暈階段（電壓28.2kV）

2.1 導(dǎo)線表面有水滴時的穩(wěn)定起暈電壓

試驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外施電壓較低時，水滴會隨著電壓的升高發(fā)生多次破裂，水滴體積將會減小，但不會出現(xiàn)穩(wěn)定電暈；但當(dāng)外施電壓高于某一值后，通過紫外成像儀觀測發(fā)現(xiàn)，此時水滴自身保持穩(wěn)定狀態(tài)，但是在水滴的下方將會出現(xiàn)穩(wěn)定的電暈放電點，且電暈放電強度較大。而在實際中，運行電壓下的線路在雨天極有可能出現(xiàn)穩(wěn)定的電暈放電，此時的電暈放電危害較大[17]，因此將水滴表面剛好出現(xiàn)穩(wěn)定電暈放電時臨界電壓值稱為導(dǎo)線表面有水滴時的穩(wěn)定起暈電壓。

本文通過對淋雨條件下不同導(dǎo)線進行電暈試驗，得到不同導(dǎo)線表面存在水滴時的穩(wěn)定起暈電壓，穩(wěn)定起暈電壓為三次試驗的平均值，且每次試驗條件相同。表1為試驗得到的附著水滴的導(dǎo)線的穩(wěn)定起暈電壓。

表1 導(dǎo)線的起暈電壓

（1）不同直徑大小導(dǎo)線的電暈特性差異。根據(jù)表1可知，相同狀況下，8mm光滑導(dǎo)線的起暈電壓始終低于12mm光滑導(dǎo)線的起暈電壓。這是由于導(dǎo)線半徑越大，導(dǎo)線表面的電場強度越小，導(dǎo)線越不容易發(fā)生電暈現(xiàn)象。

（2）不同水滴附著狀況導(dǎo)線的電暈特性差異。通過表1得到：當(dāng)表面布滿水時，導(dǎo)線的起暈電壓最低，附著三滴水時次之，附著一滴水時最高。這是由于導(dǎo)線表面附著的每個水滴相當(dāng)于一個大曲率電極，它們電場之間的相互影響加大了導(dǎo)線表面電場的畸變程度。

2.2 第一次破裂電壓、第一次噴射微滴電壓

大量的學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，液滴在電場作用下的破裂方式分為以下兩種[18,19]：①電場作用下的液滴在其腰部收縮破裂，如圖4a所示；②電場作用下的液滴尖端變尖，噴射出小液滴，如圖4b所示。本文結(jié)合紫外成像儀的觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在水滴的起暈過程中，水滴的這兩種破裂方式均存在，水滴起暈過程中水滴的破裂過程及方式如圖5所示。因此本文采用水滴的第一次破裂電壓和第一次噴射微滴電壓來表征水滴在電場作用下的穩(wěn)定程度，其值見表2和表3。

圖4 液滴在電場中的破裂方式

圖5 水滴電暈過程中的破裂方式

表2 水滴第一次破裂電壓

Tab.2 Water droplets breakdown voltage for the first time

表3 噴射微滴現(xiàn)象的最低電壓

Tab.3 Water injection voltage for the first time

從表2和表3的數(shù)據(jù)可知，對于任何形式的導(dǎo)線，導(dǎo)線表面附著三滴水的第一次破裂電壓和第一次噴射微滴電壓都小于導(dǎo)線表面附著一滴水時的電壓值，這是由于導(dǎo)線表面的每滴水滴都相當(dāng)于一個大曲率電極，它們之間的電場相互影響，水滴鄰近區(qū)域的電場大大增強，使導(dǎo)線表面場強更為嚴重，加大了水滴的極化受力。

2.3 導(dǎo)線表面有水滴時的電暈放電信號

為了研究水滴對導(dǎo)線電暈特性的影響，下面以8mm光滑導(dǎo)線為例，利用示波器采集得到的信號統(tǒng)計并對比分析導(dǎo)線表面附著水滴時，不同起暈階段電暈放電圖譜。由于導(dǎo)線表面布滿水滴時，相比導(dǎo)線表面附著少量水滴的電暈放電過程較為平坦，僅存在兩個放電階段，當(dāng)導(dǎo)線表面布滿水時，本文僅對其導(dǎo)線電暈階段的放電圖譜進行統(tǒng)計分析。

導(dǎo)線電暈放電圖譜的統(tǒng)計結(jié)果如圖6所示，根據(jù)圖6可知：

（1）無電暈階段。導(dǎo)線表面附著一滴水和三滴水的導(dǎo)線的電暈放電圖譜以及統(tǒng)計結(jié)果差別較小，這主要是由于此時外施電壓較低，水滴對導(dǎo)線電場畸變程度較小，遠遠未達到水滴電暈放電的強度。

（2）瞬時水滴電暈階段和穩(wěn)定水滴電暈階段。這兩個階段中，同一放電脈沖區(qū)間內(nèi)，導(dǎo)線表面附著三滴水時同一放電脈沖區(qū)間的脈沖個數(shù)基本都大于導(dǎo)線表面附著一滴水的值，說明相同電壓下，導(dǎo)線表面存在三滴水時的電暈放電強度要強于導(dǎo)線表面存在一滴水時的電暈放電強度。

（3）導(dǎo)線電暈階段。①當(dāng)外施電壓較高時，導(dǎo)線表面存在一滴水和三滴水的導(dǎo)線的電暈放電圖譜并無太大區(qū)別。由于前期水滴破裂和“淺川效應(yīng)”[20]的影響，導(dǎo)線表面存在三滴水時僅僅比一滴水多了兩個大曲率電極，而此時導(dǎo)線上殘留的水滴體積非常小，決定導(dǎo)線電暈放電強度的因素不再是導(dǎo)線上表面水滴的多少，而是外施電壓的大小，且此時外施電壓較高，導(dǎo)線表面自身的電場強度已經(jīng)大于電暈臨界電場強度，導(dǎo)線已經(jīng)全面起暈，因此該電壓作用下二者的電暈放電強度相當(dāng)。②導(dǎo)線表面布滿水時，由于側(cè)面常有水滴側(cè)滑到下表面或者直接滴下，加上導(dǎo)線上表面存在大量的小水滴，因此導(dǎo)線表面存在非常多的大曲率電極，對導(dǎo)線表面電場的畸變比一滴水和三滴水更為嚴重，電暈現(xiàn)象更為激烈，故導(dǎo)線表面布滿水時同一放電脈沖區(qū)間的脈沖個數(shù)都較大。

3 結(jié)果分析

3.1 水滴振動分析

由前文的試驗結(jié)果可知，在瞬時電暈階段，同一電壓下，水滴的電暈放電現(xiàn)象時有時無，而非一直都存在，為了分析該現(xiàn)象的原因，在此對水滴在交流電場下的受力進行了分析。

導(dǎo)線上的水滴在未施加電壓的情況可以等效為一個半球，當(dāng)施加外施電壓時，水滴由于受到表面張力、水滴極化受力、重力的作用而成半橢球狀，假設(shè)半橢球狀水滴的長半軸為，短半軸為。

水滴在電場作用下發(fā)生極化，其極化后的靜電勢能為

式中， 為交流電場頻率。

若以長軸為自由變量，則水滴沿長軸方向所受電場極化力為

水滴的重力為

式中，為水的密度；為重力常數(shù)。

水滴的表面張力為[21]

式中，為水滴與空氣界面單位長度的張應(yīng)力。

以上各式中1是不隨時間變化的常量，2為一個周期變化的力。因此水滴將在長軸方向以F、、1三個變量所決定的位置為中心，做兩倍于電場頻率的振動，此結(jié)果與文獻[22]描述結(jié)果一致。

由于水滴在交流電場作用下將做受迫振動，那么水滴尖端所處的位置在振動過程中將不斷地發(fā)生變化，將有可能導(dǎo)致在同一電壓等級下，水滴會發(fā)生間歇性電暈現(xiàn)象。由于水滴表面的最大場強主要決定于兩個因素：背景場強、水滴形狀。而水滴在振動過程中形狀會不斷發(fā)生變化，因此為了說明水滴振動對電場的畸變，本文對電場中水滴表面的最大場強進行了計算。計算過程中在保持水滴體積不變的情況下，假設(shè)水滴振動的不同位置，計算相應(yīng)位置水滴表面的最大場強，背景場強即為導(dǎo)線與電暈籠組成的同軸圓柱電極形成的軸向場。在橢球長軸方向與外部電場方向一致時，橢球水滴表面的最大場強位于橢球長軸頭部，其表達式為[23]

式中，0為背景場強；1為空氣介電常數(shù)；2為水的介電常數(shù)。

計算時，假設(shè)橢球狀水滴平衡位置的長、短軸分別為（1.5mm、1.0mm），水滴振動過程中其他幾個位置的長短軸分別為（1.3、1.07）、（1.4、1.04）、（1.6、0.97）和（1.7、0.94），背景場設(shè)為6.5kV/cm，橢球水滴表面最大場強計算結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同形態(tài)下水滴表面的最大場強

圖7可知，當(dāng)背景場為6.5kV/cm時，水滴在長軸達到最大值時最大場強為32kV/cm，達到了電暈放電強度，其余位置都未達到電暈放電強度，這就解釋了為什么在同一交流電壓下，水滴的間歇性電暈現(xiàn)象。

3.2 不同直徑導(dǎo)線電場二維仿真

由試驗結(jié)果可知，12mm導(dǎo)線的第一次破裂電壓、最低微滴噴射電壓、穩(wěn)定起暈電壓都大于8mm導(dǎo)線的電壓值，究其原因是二者導(dǎo)線表面的電場不同，因此本節(jié)利用COMSOL軟件對這兩種導(dǎo)線的電場進行了二維仿真計算。

仿真計算時，分別在導(dǎo)線上懸掛體積相同的水滴，水滴為橢球形，仿真計算參數(shù)見表4。

表4 仿真參數(shù)

Tab.4 The simulation parameters

圖8為施加26kV相同電壓情況下8mm光滑導(dǎo)線和12mm光滑導(dǎo)線附著相同體積水滴時的場強二維仿真結(jié)果，此時8mm導(dǎo)線附著水滴的最大場強33.04kV/cm明顯大于12mm導(dǎo)線附著水滴的最大場強26.39kV/cm，故水滴附著在半徑越大的導(dǎo)線上的穩(wěn)定起暈電壓越高。

圖8 不同直徑導(dǎo)線附著水滴時的電場分布

3.3 水滴表面電場三維仿真分析

根據(jù)前文的試驗結(jié)果可知：導(dǎo)線表面附著三滴水時的第一次破裂電壓、最低微滴噴射電壓、穩(wěn)定起暈電壓都要低于導(dǎo)線表面附著一滴水時的電壓值。造成這種現(xiàn)象的原因是導(dǎo)線上附著的一滴水和三滴水時它們對空間電場的畸變程度不同，因此分析導(dǎo)線表面附著一滴水和三滴水時水滴周圍的空間電場強度是分析二者電暈過程差異的基礎(chǔ)。

本節(jié)對施加相同電壓下，導(dǎo)線表面附著一滴水、三滴水時的空間電場強度分布進行三維有限元仿真計算，仿真計算時，水滴分布在一條直線上，水滴之間中心距離為1cm，設(shè)置水滴為橢球形，仿真計算外施電壓為16kV時，水滴周圍空間電場分布如圖9所示，圖10為二者空間場強大于30kV/cm場強區(qū)域的體積。

圖9 導(dǎo)線表面附著水滴時的三維空間場強分布

圖10 導(dǎo)線表面附著水滴空間場強E＞30kV/cm的體積

從圖9和圖10可知，導(dǎo)線表面附著水滴時，此時空間場強的最大值均出現(xiàn)在水滴表面尖端，導(dǎo)線附著三滴水時空間場強最大值為39.96kV/cm，此時每個水滴周圍空間場強大于30kV/cm場強區(qū)域基本相同，其體積為5.23×10-2mm3，總體積為15.69×10-2mm3。導(dǎo)線附著一滴水時的空間場強最大值為37.82kV/cm，空間場強大于30kV/cm場強區(qū)域的體積為1.90×10-2mm3。由以上結(jié)果可知，導(dǎo)線表面附著三滴水時，無論其空間場強最大值、單個水滴周圍空間場強大于30kV/cm場強區(qū)域體積和總體積都大于導(dǎo)線表面附著一滴水時的值，因此導(dǎo)線表面附著三滴水時對空間電場的畸變程度要大于導(dǎo)線表面附著一滴水對空間電場的畸變，從而導(dǎo)致了二者起暈過程的差異。

4 結(jié)論

根據(jù)以上的試驗結(jié)果和仿真結(jié)果分析可知：

（1）由于水滴在電暈過程中存在腰部破裂和尖端噴射微滴兩種破裂方式，因此提出將水滴的第一次破裂電壓和第一次噴射微滴電壓來表征水滴在電場作用下的穩(wěn)定程度。

（2）無暈階段和導(dǎo)線電暈階段，導(dǎo)線表面附著一滴水和三滴水的電暈放電圖譜差別較小，而在導(dǎo)線電暈階段，導(dǎo)線表面布滿水的電暈放電圖譜的頻率和幅值遠大于附著一滴水的值；在瞬時水滴電暈階段和穩(wěn)定水滴電暈階段，導(dǎo)線表面附著三滴水的電暈放電圖譜的頻率和幅值都大于附著一滴水的值。

（3）水滴在交流電場中將會做兩倍于電場頻率的受迫振動，當(dāng)水滴在不同的振動位置對空間場強的畸變程度不一樣，在振幅位置時，對周圍空間電場的畸變最為強烈。因此在同一交流電壓下，水滴振動的不同位置將導(dǎo)致水滴電暈過程中的間歇性電暈現(xiàn)象。

（4）導(dǎo)線表面附著三滴水的起暈電壓、第一次破裂電壓、最低噴射微滴電壓都低于導(dǎo)線表面附著一滴水的值，但其空間場強的最大值和空間場強大于30kV/cm的體積大于后者，說明導(dǎo)線附著三滴水時對空間場強的畸變更大。

[1] 尤少華, 劉云鵬, 律方成, 等. 電暈籠單根導(dǎo)線電暈損失等效修正系數(shù)試驗研究[J].高電壓技術(shù), 2011, 37(10): 2410-2416.

Lou Shaohua, Liu Yunpeng, Lü Fangcheng, et al. Test research on corona cage single conductor’s corona loss equivalent correction factor[J]. High Voltage Engineering, 2011, 37(10): 2410-2416.

[2] 律方成, 尤少華, 劉云鵬, 等. 電暈籠中分裂導(dǎo)線交流電暈損失計算分析[J]. 高電壓技術(shù), 2011, 37(12): 2878-2884.

Lü Fangcheng, You Shaohua, Liu Yunpeng, et al. Calculation and analysis of bundle conductors AC corona loss in corona cage[J]. High Voltage Engineering, 2011, 37(12): 2878-2884.

[3] 萬保權(quán), 謝輝春, 樊亮, 等. 特高壓變電站的電磁環(huán)境及電暈控制措施[J]. 高電壓技術(shù), 2010, 36(1): 109-115.

Wan Baoquan, Xie Huichun, Fan Liang, et al. Electromagnetic environment and corona control measures of UHV substation: radio interference[J]. High Voltage Engineering, 2010, 36(1): 109-115.

[4] 楊勇, 李立浧, 杜林, 等. 導(dǎo)線全面工頻起暈電壓測量新方法[J]. 高電壓技術(shù), 2012, 38(8): 1973-1980.

Yang Yong, Li Licheng, Du Lin, et al. New method for measuring comprehensive voltage corona onset voltage of wire[J]. High Voltage Engineering, 2012, 38(8): 1973-1980.

[5] Moreno V M, Gorur R S, Kroese A. Impact of corona on the long-term performance of nonceramic insulators[J]. IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation, 2004, 11(5): 913-915.

[6] 舒立春, 宮林, 蔣興良, 等. 水滴或污穢對導(dǎo)線電暈放電起始特性的影響[J]. 高電壓技術(shù), 2008, 34(4): 633-637.

Shu Lichun, Gong Lin, Jiang Xingliang, et al. Corona inception discharge characteristics of conductor adhered with water drops or pollution[J]. High Voltage Engineering, 2008, 34(4): 633-637.

[7] Reddy Subba Basappa, Kumar U. Investigations on the corona performance of a ceramic disc insulators integrated with field reduction electrode[C]. IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (IAS), 2010: 1-8.

[8] Brahami M, Gourbi M, Tilmatine A, et al. Numerical analysis of the induced corona vibrations on high-

voltage transmission lines affected by rainfall[J]. IEEE Transaction on Power Delivery, 2011, 26(2): 617-624.

[9] Masanori Hara, Shinji Ishibe, Satoru Sumiyoshitani, et al. Electrical corona and specific charge on water drops from a cylindrical conductor with high dc voltage[J]. Journal of Electrostatics, 1980, 8(2): 239-270.

[10] Masanori Hara, Masanori Akazaki. Onset mechanism and development of corona discharge on water drops dripping from a conductor under high direct voltage[J]. Journal of Electrostatics, 1981, 9(4): 339-353.

[11] Luan Phan-Cong J, Pirotte P, Brunelle R, et al. A study of corona discharges at water drops over the freezing temperature range[J]. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1974, PAS-93(2): 727-734.

[12] 蔣興良, 林銳, 胡琴等. 直流正極性下絞線電暈起始特性及影響因素分析[J]. 中國電機工程學(xué)報, 2009, 29(34): 108-114.

Jang Xingliang, Lin Rui, Hu Qin, et al. DC positive corona inception performances of stranded conductors and its affecting factors[J]. Proceedings of the CSEE, 2009, 29(34): 108-114.

[13] Hu Qin, Shu Lichun, Jiang Xingliang, et al. Effects of air pressure and humidity on the corona onset voltage of bundle conductors[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2011, 5(6): 621-629.

[14] 陳瀾, 陳方東, 趙雪松, 等. 大雨環(huán)境下雨滴對線路電暈特性的影響[J].高電壓技術(shù), 2012, 38(11): 2863-2868.

Chen Lan, Cheng Fangdong, Zhao Xuesong, et al. Influence of rain drops on corona discharge in AC transmission lines under high rainy condition[J]. High Voltage Engineering, 2012, 38(11): 2863-2868.

[15] 蔣興良, 黃俊, 董冰冰, 等. 霧水電導(dǎo)率對輸電線路交流電暈特性的影響[J]. 高電壓技術(shù), 2013, 39(3): 636-641.

Jang Xingliang, Huang Jun, Dong Bingbing, et al. Influence of fog water conductivity on AC corona characteristics of transmission line[J]. High Voltage Engineering, 2013, 39(3): 636-641.

[16] 林銳. 直流正極性下導(dǎo)線電暈放電特性及影響因素的研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2009.

[17] 胡琴. 低氣壓下輸電線路導(dǎo)線電暈特性及影響因素的研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2010.

[18] Jong-Wook Ha. Breakup of a multiple emulsion drop in a uniform electric field[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 1999, 213(1): 92-100.

[19] 魏慶彩. 高頻脈沖電場作用下液滴動力學(xué)研究[D]. 北京: 中國石油大學(xué), 2010.

[20] 李賢勇, 李露遠, 張龍凡, 等. 淺析淺川效應(yīng)的產(chǎn)生機理[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2012(26): 72-75.

Li Xianyong, Li Luyuan, Zhang Longfan, et al. Analysis of the effect of the mechanism Asakawa[J]. Science and Technology Innovation Herald, 2012(26): 72-75.

[21] 龔海峰, 涂亞慶, 宋世遠, 等. 高壓電場作用下油中水滴變形動力學(xué)模型[J]. 石油學(xué)報(石油加工), 2009, 25(z1): 43-47.

Gong Haifeng, Tu Yaqing, Song Shiyuan, et al. Deformation dynamicsmodel of water drop in oil under high electric field[J]. Acta Petrolei Sinica (Petroleum Processing Section), 2009, 25(z1): 43-47.

[22] 葉團結(jié). 正弦交流電場中水滴變形破裂聚結(jié)微觀特性研究[D]. 北京: 中國石油大學(xué), 2010.

[23] 李特. 交流電場強度對導(dǎo)線覆冰特性的影響研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2012.

The Corona Characteristics of the Conductor Attached with Water Drops under AC Electrical Field

121111

（1. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology Chongqing University Chongqing 400044 China 2. State Grid Chongqing Nan’an Power Supply Company Chongqing 400060 China）

Conductor corona, which would bring huge impacts, is one of the significant factors that should be taken into account during design and operation of transmission line. However, rains are momentous to the corona characteristics of conductors. Combined with 2D and 3D Finite Element Simulations, AC corona test has been carried out with water drops adhered to its surface inside a small corona cage, to figure out the corona characteristics of the conductor. The result shows that: the first and foremost, the corona inception voltage of conductor with water drops is much lower than that of conductor with few drops. Besides, according to the burst types of the water droplets, the first breakup voltage and the minimum micro-drops jetting voltage are used to represent the stability degree of the drops in the electric field. The first breakup voltage and the minimum micro-drops jetting voltage, which were measured under the circumstance of conductor with three water droplets attached to its surface, are lower than those of one-drop-condition. Next, water droplets are forced to vibrate by twice the frequency of electric field under the AC electric field. And different vibration position of the water droplet means different distortion of the electric field. In this case, intermittent-period of corona occurs. Last but not the least, the result of 3D finite element simulation shows that the maximum space field distribution and the volume of high field intensity region of three-drops-conduct are greater than that in one-drop-condition. Therefore, it is indicated that the three-drop-condition has a more severe impact on electric field distortion.

AC electric field, corona, water droplet, breakup, vibration, space field distribution

TM852

胡 琴 男，1981年生，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向為高電壓與絕緣技術(shù)、輸電線路覆冰與防護。

吳 執(zhí) 男，1988年生，碩士研究生，研究方向為高電壓與絕緣技術(shù)、輸電線路覆冰與防護。

2014-01-20 改稿日期 2014-04-18

國家自然科學(xué)基金（51007099）和創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金（51021005）資助項目。