高海拔环境下交流电晕放电机理及其空间无线电干扰特征研究

The combined effects of low pressure and humidity make the corona discharge characteristics and its radiated radio interference performance of AC power lines more complex at high altitude location. The existing theories are difficult to explain this discharge mechanism and electromagnetic radiation characteristics more effectively. In this project, the dynamic changes of discharge micro-physical parameters affected by different pressure and humidity will be obtained according to the electron energy distribution function calculation and the ion mobility tube measurement. Then the multi-physical field simulation model of AC corona discharge will be established, and the spatial and temporal evolution characteristics of charged particles during the AC pulse discharge process can be analyzed. By combining the AC discharge experiments of coaxial electrode, the influence mechanism of air pressure and humidity on the macroscopic characteristics of AC corona pulse will be revealed. After that, the intrinsic correlation between feature parameters of corona current pulse and radio interference current can be established by using pseudo-random algorithm, statistical characteristics of measured data and digital simulation of EMI receiver. At last, the theoretical calculation method of AC radio interference excitation function and radio interference prediction model will be proposed at high altitude. The expected results can increase our understanding of AC corona discharge, and can also provide theoretical support for the design and construction of AC transmission lines in high altitude areas.

低气压和湿度协同作用使得高海拔交流线路的电晕放电特性及其空间电磁辐射产生的无线电干扰特征较为复杂，现有理论难以有效解释其放电机理及电磁辐射特征。本项目通过不同湿度的电子能量分布函数计算和迁移管法测量，获取放电微观物理参数在气压湿度影响下的动态变化规律，以此为基础建立交流电晕放电多物理场数值仿真模型，分析交流脉冲放电过程中电子和正、负离子的时空演化特性，结合同轴电极交流放电试验，揭示气压湿度对交流脉冲宏观特征的影响机理，而后利用伪随机算法、测量数据数理统计特征和接收机数字化模拟，建立脉冲特征参数与无线电干扰电流的本征关联关系，提出高海拔交流无线电干扰激发函数理论计算方法和无线电干扰预测模型。研究成果能够丰富高海拔交流电晕放电理论，同时可以为高海拔地区交流输变电工程的设计和建设提供重要理论支撑。

我国当前尚未开发的大型水电基地和太阳能基地主要集中在高海拔地区。高海拔地区气压低、环境气候复杂，放电引起的线路无线电干扰问题较平原地区更为严重，是高海拔地区交流电网建设面临的重要问题。本项目通过求解Boltzmann方程和实际测量，获取了湿度和气压影响下空气放电电离系数、吸附系数、正负离子迁移率等放电参数变化规律，建立了气压湿度影响下的电晕放电数值仿真模型，分析了脉冲放电过程中电子和正、负离子的时空演化特性。而后利用小电晕笼在20~4300m海拔范围内的5个海拔点开展了同轴电极电晕放电试验，获得了脉冲特征及无线电干扰随海拔高度的变化规律，建立了交流放电脉冲幅值、重复率及电晕电流有效值与无线电干扰电流的关联关系。最后结合西宁高海拔电晕笼真型导线试验，分析了导线参数与无线电干扰激发函数的影响规律，并讨论了降雨量对无线电干扰水平的影响，建立了高海拔交流线路无线电干扰预测模型。. 通过本项目研究，协助培养博士生1人，硕士生3人（在读2人）；发表期刊论文4篇，其中SCI论文3篇；编制电力行业标准2项；获2019年中国电力科技进步奖一等奖1项（6/15），2021年浙江省科技进步奖二等奖1项（6/9），2022年高等学校科学研究优秀成果（科学技术）科技进步二等奖1项（4/15）。