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摘 要

直流电晕放电产生噪声的现象是特高压直流输电线路建设的过程中面临的电磁环境问题。本文对直流电晕可听噪声的产生机理进行了研究，引入空气流体模型，根据直流电晕放电发出声波的机理将电晕放电的声源分为放电区和电荷漂移区两个区域，建立起空气中的电子、离子和中性分子的三元素碰撞方程。声波作为一种纵波，其在空气中的表现形式为交替的稀疏和稠密，空气的局部压强即为声压。将局部压强作为待解量建立起不同声源区的声波方程，并通过格林公式法求解方程。

通过分析电晕放电过程中电场强度、空间电荷密度以及尖电极曲率半径大小与电晕声波之间的关系，得出直流电晕声波幅值的大小与电场强度的三次方成正比，在相同电场强度的情况下，尖电极曲率半径越大声波幅值越大的结论。在实验条件下获得电晕电流的脉冲波形，在对电子密度的空间分布合理的假设条件下模拟计算求得放电边界处的声波时域脉冲波形，并对结果进行了分析。发现放电区边界处的声波波形与空间电荷密度分布之间有很大关系，而其波形持续时间与放电区的大小有关，并对此进行了宏观上的解释。

关键词：直流电晕，电晕电流，流体模型，声波方程，格林公式

Abstract

Noise generated by DC corona discharge is an electromagnetic environmental problem in the construction of UHVDC transmission lines. In this paper, the mechanism of the audible noise of DC corona is studied, the air fluid model is introduced, and the sound source of corona discharge is divided into discharge area and charge drift area according to the mechanism of sound wave emitted by DC corona discharge, and the collision equation of electron, ion and neutral molecule in air is established. As a longitudinal wave, acoustic wave in the air in the form of alternating sparse and dense, the partial pressure of air is sound pressure. Taking partial pressure as the quantity to be solved, the acoustic wave equations of different sound source regions are established and solved by green's theorem.

Through the analysis of electric field intensity in the process of corona discharge, the density of space charge and pointed the relationship between the size and the corona electrode radius of curvature sound waves, it is concluded that the size of the dc corona acoustic amplitude value and three times the direct electric field intensity, under the condition of the same electric field intensity, pointed electrode radius of curvature the louder the greater the amplitude value conclusion. The pulse waveform of corona current is obtained under experimental conditions, and the pulse waveform of acoustic wave at discharge boundary is calculated by simulation under the assumption of reasonable spatial distribution of electron density, and the results are analyzed. It is found that there is a great relationship between the wave waveform at the boundary of the discharge area and the space charge density distribution, and the wave duration is related to the size of the discharge area.

KEY WORDS: DC corona, corona current, fluid model, acoustic equation ,Green's theorem

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外相关研究现状 2

1.2.1直流输电线路噪声特性研究 2

1.2.2直流电晕过程研究现状 2

1.2.3电声转换研究现状 3

1.3本文的研究内容简介 4

第二章 直流电晕现象及其声学特性分析 5

2.1直流电晕放电机理 5

2.2直流电晕声波产生机理 5

2.3直流电晕电流的分析及其测量 6

2.4直流电晕声源组成分析 9

2.5本章小结 10

第三章 空气流体模型与声波方程的建立 11

3.1空气流体模型的建立 11

3.1.1流体模型中气体的一般性质 11

3.1.2声波在流体中传播速度 12

3.1.3流体模型中的质量连续性方程 12

3.1.4流体模型中的运动方程 14

3.1.5流体模型中的热力学方程 15

3.2直流电晕声波方程的建立和求解 15

3.2.1声波的波动方程及其简化 15

3.2.2放电区声源的波动方程 16

3.2.3电荷漂移区声源的波动方程 19

3.3直流电晕声波在空间中的传播 20

3.4本章小结 21

第四章 直流电晕声波特性与各影响因素关系 22

4.1电场强度对直流电晕声波的影响 22

4.2直流电晕声波与空间电荷分布以及电晕电流关系 23

4.3电极曲率半径等对直流电晕声波的影响 26

4.4本章小结 27

第五章 总结与展望 28

参考文献 29

致 谢 30

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

随着我国的经济高速发展，对于电力的需求日益上升。我国的能源分布不均，石油天然气主要集中在东北、华北和西北，煤炭资源分布较广但大部分在秦岭淮河以北，水能资源主要分布在西部和中南部，而我国的负荷中心主要集中于经济比较发达的东部地区，能源中心与负荷中心严重分离。为了优化能源配置，需要采取远距离，大容量的电力输送系统。特高压直流输电线路具有输电损耗小，输电容量大的特点，是解决远距离大容量电力输送问题的有效手段。我国的特高压直流输电技术在全世界处于领先水平，已有6条±800kV特高压直流输电线路，此外还有待建设的7条±800kV线路和1条±1100kV特高压直流线路。随着特高压直流输电线路的投入运行，一系列亟待解决的问题出现，其中特高压直流输电线路上的电磁环境问题越来越受到关注。特高压直流输电线路的电磁环境问题主要是由线路上的电晕放电产生的。文献[1]指出特高压直流输电线路的曲率半径较小，导线表面又存在着毛刺和缺陷，因此，导线表面的电场极不均匀，并且导线的电压等级很高，线路会发生电晕放电。线路的电晕放电会产生噪声，电能损耗和无线电干扰等问题，电晕噪声对于人们生产生活的影响格外大。随着近年来环境意识的加强，线路电晕噪声污染越来越受到大众的关注，成为限制特高压直流输电线路建设的重要因素。

特高压直流输电线路电晕放电产生的噪声杂乱无规律，对人体的影响很大，会严重影响线路周围居民的生产生活。针对输电线路电晕产生的噪声必须有一个限制标准，我国已有相关的限制标准。例如根据我国的特高压直流线路电磁环境参数限值，距离直流架空输电线路正极性导线对地投影20m处，晴天时由电晕产生的可听噪声50值（）不得超过45dB（A）。因此，为了使直流输电线路导线产生的电晕可听噪声满足相关限制标准要求，在设计线路时必须预测线路产生的可听噪声声压级，线路的设计和导线的选型必须满足相关的标准，如何准确预测线路电晕放电产生的噪声显得至关重要。目前，国内外对直流输电线路噪声预测的方法主要是对已运行的输电线路进行长期的观察监测，通过对获得的声压级以及频谱的统计分析，在一特定的条件下拟合出线路电晕噪声的公式，属于经验公式。这些经验公式具有很大的局限性，对于不同的导线截面大小，分裂导线数，地域环境等无法适用，适用范围十分有限。

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