大气离子迁移率对直流线路合成电场与离子流密度影响的研究

李星举

(国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114200)

电场中运动离子的速率与电场强度大小的比值被定义为离子迁移率，它是描述离子在电场中运动特性的重要物理量。同时，离子迁移率也是计算高压直流输电(HVDC)线路合成电场和离子流密度的重要参量[1-3]。

当输电线路表面的电场强度超过电晕放电起始电场强度时，导线周围的空气分子被电离成正负离子，或称为空间电荷[4-5]。在输电线路和地面之间的电场作用下，空间电荷发生定向运动，进而产生离子电流。空间电荷的电场与输电线路和地面间原有的电场相互作用，形成离子流场，或称为合成电场[6-8]。

大气离子迁移率会随环境条件，如温度、湿度和气压的变化而改变[9-11]。清华大学季一鸣[9]使用多层平行电极结构，研究了大气离子迁移率同温度、湿度和气压的关系。这一电极结构借鉴了美国国家标准局的M．Misakian[12]测量合成电场的试验平台。结果表明，正负离子迁移率均随温度、湿度、气压的增加而减小。华北电力大学刘云鹏等人[10]使用针环电极结构的测量装置也得到了类似结论。华中科技大学岳一石等人[11]使用同轴圆柱结构的Gerdien传感器测量了不同温度和不同绝对湿度下的大气离子迁移率。

离子迁移率的不同取值可能对计算结果产生影响。邹妍晖等人[13]基于上流有限元法，计算了当正负离子迁移率范围分别为1.0～2.5×10-4m2·V-1·s-1和1.2～2.7×10-4m2·V-1·s-1时，±800 kV直流输电线路下方地面合成电场和离子流密度的变化，但未考虑环境因素对导线起晕场强的影响。……