计及直流输电线路下介质薄膜的荷电特性影响的离子流场建模与计算方法研究

With more and more HVDC transmission lines being built in China, the situation of the plastic greenhouses existing underneath the HVDC lines is becoming more and more common. However, the space ions generated due to the corona discharge of conductors can be accumulated on the surface of the insulating dielectric film, and the ionized electric fields are highly increased. The limit of the ionized electric fields has been proposed in China to protect the people nearby. Three parts will be researched: the measurement method of the charge distribution on the insulating dielectric film and the charging characteristics, the modeling method of the dielectric film and the numerical method of the ground-level ionized electric fields when the HVDC transmission lines pass over the dielectric film, and the effect of dielectric film on the ionized electric field generated by the HVDC lines and the control methods to decrease the ionized electric field. By 4-year researches, the following targets can be realized: (1) to discover the charging mechanism of dielectric film and to propose the simulation model of the dielectric film under HVDC lines, (2) to propose the numerical methods to analyze the ionized electric field of HVDC lines with the dielectric film, (3) to obtain the characteristics of ionized electric field under the plastic greenhouse and to present the control method of ionized electric field. The results can provide a foundation for the design and construction of HVDC transmission lines passing over plastic greenhouses.

随着我国特高压直流输电线路的建设，直流线路跨越由介质薄膜构成的农用大棚的情况逐渐增多。但是，导线电晕放电产生的空间电荷会在介质薄膜表面累积，增强农用大棚内的合成电场。我国对直流输电线路下的地面离子流场（包含离子流密度和合成电场）有明确的限值要求。针对介质薄膜对直流输电线路下离子流场的影响，项目主要研究：（1）介质薄膜表面电荷的测量方法、荷电机理及荷电特性，介质薄膜物性与荷电特性之间的联系；（2）介质薄膜表面荷电的建模和边界处理方法，存在介质薄膜时离子流场建模和计算方法；（3）介质薄膜对高压直流导线离子流场的影响特性及其抑制措施。通过研究，揭示高压直流输电线路下介质薄膜的荷电机理，提出存在介质薄膜时高压直流输电线路离子流场的计算方法，获得相应的抑制措施。项目不仅适合我国特高压直流输电工程背景，还将在介质薄膜荷电特性的研究上有所突破，为特高压直流输电工程设计、建设、运行提供理论支撑。

当高压直流输电线路跨越由介质薄膜构成的农用大棚时，导线电晕产生的空间电荷在介质薄膜表面积累，会造成农用大棚内部合成电场畸变。本项目经过4年的研究，采用数值计算、模型实验和现场实验的手段，获得了如下成果：（1）优化了地面合成场强测量方法及介质薄膜表面电荷测量方法，研究了电场、大气环境、材料特性、表面性质等因素对介质荷电特性的影响；（2）建立了介质薄膜荷电的计算模型，提出了基于上流有限元的计及介质薄膜的直流输电线路离子流场计算方法，提出了临近建筑物、两回直流输电线路交叉跨越的离子流场三维计算方法；（3）研究了介质薄膜形状、尺寸、位置对其附近离子流场的影响规律，分析了离子流场环境中人体暂态电击的问题，提出了采用接地金属支撑结构抑制介质薄膜内部合成场强的方法。.通过研究，培养博士3名（在读1人）、硕士6人（在读2人）；公开发表论文17篇，其中SCI期刊8篇，EI期刊2篇，EI会议6篇；授权国家发明专利2项，申请国家发明专利2项。研究结果揭示了高压直流输电线路下介质薄膜的荷电机理及其影响特征，所提出的离子流场计算方法和抑制措施可为高压直流输电线路的工程设计、建设、运行提供理论支撑。