摘要： 文章整理和分析了中国电力科学研究院与云南电力试验研究所有关换流站阀厅内典型屏蔽环和母线的可见电晕试验数据，讨论了不同海拔高度下起始电晕电压的校正方法(如不同海拔高度直流设备起晕电压校正方法和高海拔直流设备屏蔽环及母线起晕电压的海拔校正方法)，认为目前低海拔换流站阀厅使用的电气设备的电晕性能可以满足海拔2000m使用的要求。
关键词： 换流站；阀厅；直流设备；电晕放电 电晕是电场强度超过临界值时引起带电导体周围空气突然发生电离所引起的一种发光的放电现象,其实质就是在高场强作用下带电导体表面空气发生了局部放电。导致产生电晕的外施电压称为起晕电压。决定带电导体表面起晕电压高低的主要因素是导体表面的曲率半径，而带电导体与相邻设备及建筑物的距离、自身表面的光洁度以及外部气象条件对其也有很大的影响。在高海拔地区，因空气密度较小，高压带电导体表面更容易产生电晕。同样条件下在低海拔地区能抑制电晕发生的屏蔽（均压）环和导线，在高海拔地区就不一定适用，往往需要增大其表面曲率半径才能满足限制电晕的要求。海拔越高，导体表面的曲率半径也要求越大。为此，仿照天生桥—广州（简称天广）直流工程广州换流站阀厅内各种屏蔽环及母线的尺寸和布置进行了可见电晕的模拟试验，并对试验结果进行了理论计算验证。由于阀厅内对温度、湿度的要求比较严格，因此本次试验内容不考虑雾、雨等坏天气的影响。本文结合中国电力科学研究院（简称电科院，处在低海拔地区，海拔高度为50m）和云南电力试验研究所（简称云南所，处在高海拔地区，海拔高度为1970m）两地试验结果，提出了换流站阀厅内屏蔽环与连接母线起晕电压的高海拔修正意见。
1 不同海拔高度下直流设备可见电晕的模拟试验
1.1 试验装置与试品
低海拔的模拟试验在电科院高压试验大厅（43m×30m×26.5m）内进行。试验电源为户外场的±1000kV、75mA（单极输出）直流电压发生器，额定输出时电压纹波系数＜5%。直流电压发生器经长引
线通过大厅大门(14m×6.5m)对布置在高压试验大厅内的试品施加电压。测量系统由±1000kV电阻分压器和C41-μA/0.2型直流微安表组成。阻容分压器的不确定度为1%，整个测量系统误差＜3%。
高海拔的模拟试验在云南所户外高压试验场(1000m2)进行。试验电源为±1200kV、20mA直流电压发生器，电压纹波系数＜3%，稳定度为±1.0%。测量系统由1200kV电阻分压器下接MB4102数字面板表（精度0.05%），在电压校正段（到500kV）整个测量系统误差为+0.8%，非线性度为0.17%。
根据对天广直流工程广州换流站阀厅内各种尺寸的屏蔽环、母线的实地测量，选择了一组曲率半径最小的屏蔽环制作了1∶ 1的模拟屏蔽环组，选择最小管径的母线制作了模拟硬母线，同时用小分裂间距的分裂母线模拟阀厅内用于连接的软母线。试品还包括阀厅内悬挂母线用的复合绝缘子以及直流通用绝缘子串（30片/串）。所用模拟试品的主要尺寸及参数见表1。除绝缘子外，所有金属试品表面均经过打磨处理，尽可能使其表面平滑。
参照广州换流站阀厅设备布置情况，电科院和云南所两地都按统一方式布置试品：①模拟硬母线、软母线与屏蔽环组、绝缘子串结合，以提高试验效率；②组合后的硬母线、软母线呈水平布置，两端分别安装模拟屏蔽环组和用于消除端部干扰的屏蔽环；③模拟导线悬挂对地距离均为6m。
1.2 试验条件与试验方法
对可见电晕的观测采用目测法。为易于分辨背景光的干扰，同时使用了8倍望远镜和WGS16-1型微光观测镜。对气象参数的测量，两地统一使用动槽
表1 模拟试品的主要尺寸及参数
模拟试
品名称
试品主要尺寸
试品特征描述
屏蔽环组
1号屏蔽环（粗环）环外直径为700mm，环曲率半径为100mm；2号屏蔽环（细环）环外直径为1000mm，环曲率半径为50mm。两试验室共用
由粗、细两铝环平行组成，两环尺寸及之间距离按广州换流站阀厅实测值要求，表面光滑
管母线
1号管母线（电科院用）长为10m，直径为110mm；2号管母线（云南所用）长为9.6m，直径为150mm
铸铝或由薄铝板卷成，表面光滑
连接软母线
由4根Φ34mm镀锌铁管组成的分裂导线，长为10m，导线分裂间距为170mm。两试验室自备
镀锌铁管表面较光滑
绝缘子串
30片XZP-210kN直流绝缘子。两试验室自备
高压端装屏蔽环或不装屏蔽环
复合绝缘子
FXBZ-160/500型，长为5.4m。电科院用
两端带标准屏蔽环 式水银气压计记录气压，用通风式干湿球温度计记录干、湿球温度。两地试验都尽可能选取晴好天气，以保持整个试验期间天气稳定。由于试验选在每日22时至午夜进行，故气温与湿度均波动较小。
通常，带电导体的负极性起晕电压低，电晕损失大，可见电晕试验宜在负极性电压下进行。由于目前尚无直流带电导体可见电晕的国家或行业测试标准，故本试验参照有关交流电压下电力金具和绝缘子的可见电晕试验标准进行。
1.3 试验结果与分析
1.3.1 起晕电压判据
带电导体表面的电晕现象比较复杂。形状圆滑规则且表面光滑的试品，表面电晕出现比较突然，并迅速呈现整体起晕现象。如果其表面不够光滑，就会先出现“独立”电晕放电点，随着电压的继续升高，“独立”放电点放电逐渐增强且点数增多直至整体起晕；在降压过程中，“独立”放电点放电逐渐减弱且点数减少直至全部熄灭。表面不规则试品的电晕会从曲率半径最小处首先发生。因此观察可见电晕，针对不同试品似应有不同的判据。对于屏蔽环、管母线和分裂导线，应根据“独立”电晕放电点的数量增加与减少来判定电晕的发生与消失；对于绝缘子，应根据“独立”电晕放电点的出现与消失来作为判定电晕是否发生的标准。本次试验根据场地的背景光、试品形状和表面“独立”电晕放电点的出现情况，认为屏蔽环和母线表面应该在出现5、6个“独立”放电点后开始呈现整体起晕，故将其起晕电压定义为电压降至5、6个稳定“独立”电晕放电点时的电压；而绝缘子串的起晕电压定义为串中任意部位出现稳定“独立”电晕放电点后降压至该放电点消失时的电压。
1.3.2 试验结果
模拟屏蔽环组、硬母线、软母线和悬垂绝缘子串的可见电晕试验结果列于表2和表3。从表2、表3可知：在低海拔地区，粗环、硬母线、XZP-210绝缘子串和直流复合绝缘子的直流负极性起晕电压均不低于900kV，复合绝缘子屏蔽环的起晕电压不低于800kV，细环和软母线的起晕电压分别为877kV和750kV；在高海拔地区，粗环、硬母线、XZP-210绝缘子串的直流负极性起晕电压亦不低于900kV，绝缘子串屏蔽环的起晕电压接近900kV，细环和软母线的起晕电压分别为825kV和705kV。试验表明，即使在海拔近2000m的地区，模拟试品也可满足晴好天气时最高工作电压下不发生电晕的要求。
表2 低海拔地区（海拔50m）可见电晕试验数据 kV
表面起晕点数
2或3
5或6
10及以上
电压类型
起始电压
全熄灭
电压
起始电压
至2或3
熄灭电压
全熄灭
电压
起始电压
至5或6
熄灭电压
至2或3
熄灭电压
全熄灭
电压
试品
屏蔽环1(粗环)
-897
-803
＞-900
-840
—
—
—
—
-
屏蔽环2(细环)
—
—
＞-800
-752
-657
＞-900
-877
-760
-
管母线
—
—
＞-900
-863
—
—
—
—
-
软母线
-588
-457
-765
-590
-465
-900
-750
-593
-467
30片XZP-210
＞-900
—
—
—
—
—
—
—
-
FXBZ-160
-622*
-587*
＞-800
-620
-580
—
—
—
- * 高压端屏蔽环起晕电压数据。
表3 高海拔地区（海拔1970m）可见电晕试验数据 kV
表面起晕点数
2或3
5或6
10及以上
电压类型
起始电压
全熄灭
电压
起始电压
至2或3
熄灭电压
全熄灭
电压
起始电压
至5或6
熄灭电压
至2或3
熄灭电压
全熄灭
电压
试品
屏蔽环1(粗环)
-916
-771
—
—
—
—
—
—
-
屏蔽环2(细环)
-746
-622
-830
-723
-620
-946
-825
-728
-
管母线
-983
-790
—
-877
—
—
—
—
-
软母线
-537
-423
-700
-525
-420
-933
-705
—
-420
XZP - 210串
-947**
—
—
—
—
—
—
—
-
绝缘子串屏蔽环
-723*
-577*
-917*
-730*
-650*
-950*
—
—
-
1.3.3 试验结果讨论
按本报告对起晕电压的定义，试验中使用的细环和软母线在海拔1970m时的起晕电压分别比海拔50m时降低了3.5%和6.0%；按降压至呈现2或3个稳定放电点计，模拟屏蔽环组中的细环和软母线在海拔1970m时的起晕电压分别比海拔50m时的降低了4.2%和11.0%；按电晕放电点全部熄灭计，细环和软母线在海拔1970m时的起晕电压分别比海拔50m时的降低了3.1%和9.7%。
2 阀厅直流设备起晕电压的海拔校正
2.1 不同海拔高度直流设备起晕电压的校正方法
关于起晕电压试验的大气校正目前尚无国家标准和行业标准，把低海拔地区试验室的试验数据校正到高海拔地区的经验，也只限于交流线路用的金具与绝缘子。为此，一方面参照GB/T 16927.1—1997《高电压试验技术 第一部分》，将表2、表3中不同海拔高度非标准气象条件下的试验数据换算为标准气象条件下的数据加以比较；另一方面按照GB/T 2317.2—2000《电力金具电晕和无线电干扰试验》和GB/T 775.2—1987《绝缘子试验方法 第二部分 电气试验方法》的规定，通过海拔修正系数将不同海拔高度的试验数据校正到统一的海拔高度后进行比较，并从中寻找出较为合理的海拔校正方法。
GB/T 16927.1—1997规定，在海拔2000m以内，对外绝缘破坏性放电电压进行校正时使用g参数法。按照g参数法将表2和表3中的数据换算为标准气象条件下的数据后进行比较，二者误差见表4。从5或6点到2或3点再到电晕点全部熄灭，两试验地的细环和软母线的试验电压换算为标准大气下的平均误差分别为2.1%和7.2%。
GB/T 2317.2提出当金具用于海拔高于1000m地区时,应将用于低海拔时的电晕与无线试验电压U0乘以海拔修正系数kH，kH=1/（1.1-0.1H），式中H为试验地点海拔高度，km。当kH用于不同海拔高度电晕试验的修正时，由于试品试验电压的实测值U0随海拔高度的增加而降低，因此在海拔1000m以上（kH＞1）地区试验电压的实测值Uh应由低海拔地区试验电压实测值UL除以kH。据此，将表3中的数据换算到海拔1000m，并与低海拔实测数据相比较，二者误差列于表5。海拔1970m的修正系数kH=1.1074。从5或6点到2或3点再到电晕点全部熄灭，云南所细环试验电压换算到海拔1000m的结果与电科院实测值的误差为4.2%～6.5%；云南所软母线试验电压换算到海拔1000m的结果与电科院实测值的误差最大不超过4.1%。
GB/T 775.2—1987规定绝缘子可见电晕试验是以海平面(即海拔0m)为基值的，试验地点不在海平面上进行时，则应将试验实测结果乘以修正系数k=1/(1-H/10000)。按照此方法将表2和表3中的数据分别校正到海平面，并加以比较，二者误差列于表6。从5或6点到2或3点再到电晕点全部熄灭，两试验地模拟细环试验电压校正到海平面后的平均误差高达16.6%～19.2%；软母线试验电压校正到海平面后的误差也高达10.3%～16.4%。
表4 两地试验数据校正到标准大气下的比较 %
表面起晕点数
2或3
5或6
10及以上
电压类型
起始电压
全熄灭
电压
起始电压
至2或3
熄灭电压
全熄灭
电压
起始电压
至5或6
熄灭电压
至2或3
熄灭电压
全熄灭
电压
试品
屏蔽环1(粗环)
5.5
-1.2
—
—
—
—
—
—
—
屏蔽环2(细环)
—
—
7.5
-0.8
-3.2
—
-3.1
-1.2
—
管母线
—
—
—
5.6
—
—
—
—
—
软母线
-6.8
-6.1
-6.3
-9.2
-8.4
7.6
-3.6
—
-8.8
表5 高海拔试验数据校正到海拔1000m后与低海拔试验数据的比较 %
表面起晕点数
2或3
5或6
10及以上
电压类型
起始电压
全熄灭
电压
起始电压
至2或3
熄灭电压
全熄灭
电压
起始电压
至5或6
熄灭电压
至2或3
熄灭电压
全熄灭
电压
试品
屏蔽环1(粗环)
13.0
-6.4
—
—
—
—
—
—
—
屏蔽环2(细环)
—
—
14.9
6.5
4.6
—
4.2
6.1
—
管母线
—
—
—
12.5
—
—
—
—
—
软母线
1.2
2.4
1.3
-1.5
0.0
14.8
4.1
—
-0.4
表6 两地试验数据校正到海平面后的比较 %
表面起晕点数
2或3
5或6
10及以上
电压类型
起始电压
全熄灭
电压
起始电压
至2或3
熄灭电压
全熄灭
电压
起始电压
至5或6
熄灭电压
至2或3
熄灭电压
全熄灭
电压
试品
屏蔽环1(粗环)
26.6
19.0
—
—
—
—
—
—
—
屏蔽环2(细环)
—
—
28.6
19.2
17.0
—
16.6
18.7
—
管母线
—
—
—
26.0
—
—
—
—
—
软母线
13.2
14.8
13.4
10.3
12.0
28.4
16.4
—
11.5
比较表4、表5和表6中细环和软母线在降压过程中呈现不同稳定电晕放电点数时的校正误差可以发现：①将不同海拔高度的试验数据按GB/T 16927.1校正到标准大气状态和按GB/T 2317.2校正到海平面的误差都较小，其中细环按GB/T16927.1校正到标准大气状态的误差为最小，软母线按GB/T 2317.2校正到海平面的误差为最小。②按GB/T 775.2校正不同海拔高度的数据误差过大，因此直流屏蔽环和母线的海拔修正不宜按此校正方法进行。
2.2 高海拔时屏蔽环与母线起晕电压的海拔校正
2.2.1 试验插值法
按线性插值求取安顺换流站（海拔1420m，按 [1] [2] 下一页
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