電暈是極不均勻電場(chǎng)中產(chǎn)生的一種自持放電現(xiàn)象，伴有可聽噪聲、電暈損失和振動(dòng)等效應(yīng).隨著高壓直流輸電線路電壓等級(jí)不斷提高，直流輸電線路電暈放電產(chǎn)生的電磁環(huán)境問(wèn)題已成為線路設(shè)計(jì)的決定性因素之一，其中電暈放電產(chǎn)生的可聽噪聲問(wèn)題因其是人們能夠親身感受到的，目前受到廣泛關(guān)注。
發(fā)生電暈時(shí)在電極周圍可以看到光亮
分析認(rèn)為：當(dāng)直流輸電線路表面的場(chǎng)強(qiáng)高于起暈場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，會(huì)引起導(dǎo)線附近的空氣發(fā)生電暈放電；在放電過(guò)程中，導(dǎo)線附近的電子和空間離子在單一方向的強(qiáng)場(chǎng)作用下會(huì)被加速，快速地向另一極性導(dǎo)線或地面運(yùn)動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中往往會(huì)與空氣分子發(fā)生非彈性碰撞將能量轉(zhuǎn)移給空氣分子；這種突然的能量轉(zhuǎn)換會(huì)引起導(dǎo)線附近空氣分子的振動(dòng)，在導(dǎo)線附近產(chǎn)生脈沖聲波?？陕犜肼暰褪敲}沖聲波通過(guò)空氣分子振動(dòng)傳播的結(jié)果。
同時(shí)應(yīng)注意到，輸電線路電暈放電會(huì)產(chǎn)生離子風(fēng)，使輸電導(dǎo)線產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)導(dǎo)線周圍的空氣分子產(chǎn)生影響。之前尚無(wú)研究驗(yàn)證這種電暈振動(dòng)產(chǎn)生的影響是否和電暈噪聲之間存在一定的關(guān)聯(lián)。
試驗(yàn)平臺(tái)
實(shí)驗(yàn)布置示意圖如圖1所示，采用方形電暈籠結(jié)構(gòu)，邊長(zhǎng)為1m，電暈籠長(zhǎng)度為1.5m，包括長(zhǎng)1m的中間測(cè)量段和兩段長(zhǎng)0.25m的屏蔽段。實(shí)驗(yàn)中電暈籠接地，導(dǎo)線上施加直流電壓，所用的直流電壓源為AU-120R10。實(shí)驗(yàn)中同時(shí)測(cè)量電暈放電產(chǎn)生的可聽噪聲和導(dǎo)線的振動(dòng)信號(hào)，其中導(dǎo)線振動(dòng)采用激光測(cè)振儀PDV-100測(cè)量。
圖1 實(shí)驗(yàn)布置圖 （a.實(shí)驗(yàn)布置示意圖,b.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖）
試驗(yàn)結(jié)果和分析
1.導(dǎo)線電暈振動(dòng)測(cè)量結(jié)果
電壓為-30kV、-88kV和88kV時(shí)，導(dǎo)線振動(dòng)速度的時(shí)域波形及頻譜分別如圖2-圖4所示。電壓為-30kV時(shí)導(dǎo)線未起暈，而電壓為88kV時(shí)導(dǎo)線已起暈。由于電暈放電，導(dǎo)線振動(dòng)速度幅值明顯增加。振動(dòng)時(shí)域波形上沒(méi)有明顯的特征，正極性電暈放電振動(dòng)信號(hào)的幅值要大于負(fù)極性電暈放電振動(dòng)信號(hào)的幅值，而通過(guò)頻域分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線的電暈振動(dòng)頻率均小于1kHz，負(fù)極性電暈放電比正極性電暈放電產(chǎn)生更多的頻譜分量。
圖2 電壓為-30kV時(shí)導(dǎo)線振動(dòng)速度的時(shí)域波形及頻譜
圖3 電壓為-88kV時(shí)導(dǎo)線振動(dòng)速度的時(shí)域波形及頻譜
圖4 電壓為88kV時(shí)導(dǎo)線振動(dòng)速度的時(shí)域波形及頻譜
2.導(dǎo)線電暈放電噪聲測(cè)量結(jié)果
圖5和圖6中分別給出了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境噪聲及電壓為-88kV時(shí)可聽噪聲的時(shí)域波形及相應(yīng)的頻譜，從結(jié)果可見(jiàn)，電暈放電產(chǎn)生的可聽噪聲呈雙極性脈沖特性，具有較大的隨機(jī)性，而放電產(chǎn)生的可聽噪聲的頻譜在1kHz以上的頻點(diǎn)上增加較為顯著。相比于電暈放電產(chǎn)生的導(dǎo)線振動(dòng)來(lái)說(shuō)，兩者之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性。
圖5 環(huán)境噪聲的時(shí)域和頻域特性(a.時(shí)域；b頻域.)
圖6 加載電壓為-88kV時(shí)噪聲的時(shí)域和頻域特性
主要研究結(jié)論
1.導(dǎo)線的電暈振動(dòng)信號(hào)無(wú)明顯特征，導(dǎo)線的電暈振動(dòng)幅值隨著電壓增大而明顯增大；正極性直流導(dǎo)線電暈放電產(chǎn)生的電暈振動(dòng)幅值大于負(fù)極性電暈放電時(shí)的電暈振動(dòng)幅值；電暈振動(dòng)的頻譜主要由頻率小于1kHz的頻率分量組成。
2.電暈放電產(chǎn)生的噪聲波形由一系列雙極性聲壓脈沖組成，具有較大的隨機(jī)性。電暈振動(dòng)的頻域特性和噪聲之間基本無(wú)聯(lián)系。盡管電暈放電時(shí)導(dǎo)線振動(dòng)對(duì)導(dǎo)線周圍的空氣分子有一定的影響，但對(duì)電暈放電產(chǎn)生的噪聲基本無(wú)影響。
研究展望
本文僅證實(shí)了導(dǎo)線電暈放電時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)線振動(dòng)和噪聲之間無(wú)關(guān)聯(lián)，而導(dǎo)線電暈放電導(dǎo)致的導(dǎo)線振動(dòng)的本征特性及其產(chǎn)生機(jī)理有待對(duì)進(jìn)一步的試驗(yàn)和理論研究揭示。
