国家标准 GB/T37543一2019 直流输电线路和换流站的合成场强与离子流密度的测量方法 NMeasurementmethdfortotalelectrieiedstrengthandioncurrentdensityft DCtransmissionlineandconverterstation 2019-06-04发布 2020-01-01实施国家市场监督管理总局发布币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/T37543一2019 次目前言范围 2 术语和定义 3 测量仪器测量方法测量记录与数据处理附录A规范性附录场磨校准方法附录B规范性附录离子流密度测量仪校准方法参考文献
GB/37543一2019 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由全国电磁兼容标准化技术委员会(SAC/TC246)提出并归口本标准起草单位:电力科学研究院有限公司、国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司、国家电网有限公司、江苏南瑞恒驰电气装备有限公司本标准主要起草人;郭雄、万保权、张建功、张广洲、刘皓、王劲、李妮、张业茂、王延召、路遥、干赫渊、张小武
GB/37543一2019 直流输电线路和换流站的合成场强与离子流密度的测量方法范围本标准规定了直流输电线路和换流站的合成场强与离子流密度的测量仪器、测量方法、测量记录与数据处理本标准适用于正常运行条件下的直流输电线路和换流站的合成场强与离子流密度的测量术语和定义下列术语和定义适用于本文件 2.1 合成场强totaleleetriefieldstrength 带直流电导体上电荷产生的场和导体电晕引起的空间电荷产生的场合成后的电场强度注1:单位为kV/m 注2在大地表面处的电场强度称为地面合成场强注3:改写DL/T10882008,定义3.1， 2.2 离子流ioneurrent 带直流电导体发生电晕放电时,带电离子在电场力的作用下,向附近空间运动,形成的离子电流 2.3 离子流密度ioncurrentdensity 单位面积的离子流注1:单位为nA/m' 注2:改写DL/T1088一2008,定义3.2 2.4 场磨fieldmi 由交替暴露于被测电场的导体构成的旋转式直流电场测量仪 2.5 威尔逊板wlsonpate 用于收集电荷的周围带有保护带的金属导电板测量仪器 3.1直流合成场强和离子流密度的测量应使用专门的测量仪器,测量仪器宜具有自动记录功能 3.2直流合成场强测量仪应具有测量直流合成场强幅值和极性的功能通常采用场磨来测量地面合成场强,应使用1m×1m的铜或铝等导电良好的金属板作为接地参考平面,并将其可靠接地 3.3离子流密度测量仪应具有测量离子流密度幅值和极性的功能通常采用威尔逊板收集电荷电流来测量离子流密度,采集板尺寸应为1m×1 m 采用威尔逊板测量离子流密度的示意图见图1,威尔
GB/T37543一2019 逊板的示意图见图2,金属保护带应良好接地电流收集表面金属保护带接地绝缘间隙绝缘柱电流表图1威尔逊板测量离子流的示意图金属保护带离子流绝缘接地采集板间败威尔逊板示意图 3.4测量仪器应在校准有效期内场磨和离子流密度测量仪校准方法见附录A和附录B 测量方法 4.1一般要求地面合成场强、离子流密度的测量,应在无雨、无雪、无雾、风速小于2m/s的天气下进行,且相对湿度应在80%以下测量合成场强和离子流密度时,测量仪器应直接放置在地面上金属板与地面间的距离应小于200mm),接地板应良好接地,测量布置示意图见图3 测量报告应清楚标明测量仪器放置的具体位置
GB/37543一2019 正极负极直流线路金属板与地面之间的离子流测量仪合成场强渊量仪距离不大于200mm 图3合成场强和离子流密度测量示意图测量仪器使用自动记录或人工记录方式,单次测量时间不少于10min 每个测量点每个测量时间段的测量数据不少于100个测量仪器应与测量人员保持足够远的距离(至少2.5m),避免在场磨处产生较大的电场畸变,或影响离子流的分布;与固定物体的距离应不小于1m,以减小固定物体对测量值的影响 4.2直流输电线路合成场强和离子流密度测量 4.2.1输电线路下地面合成场强和离子流密度测量测量直流输电线路地面合成场强和离子流密度时,测量应选在地势平坦、远离树木杂草,没有其他电力线路、油气管线、通信线路及广播线路的空地上测量点应选择在极导线档距中央弧垂最低位置的横截面方向上,见图4 在极导线地面投影附近,两相邻测量点间的距离应不大于5m 输电线路下合成场强和离子流密度的测量，一般延伸至距离极导线对地投影外50m处除了在线路横截面方向上测量外,也可选择线下其他位置进行测量,但测量条件应满足4.1的要求,同时也要详细记录测量点以及周围的环境情况横截面合成场强离子流密度测量仪测量仪杆塔杆塔线路档距中央图4输电线路下方合成场强和离子流密度测量布点图
GB/T37543一2019 4.2.2输电线路邻近民房合成场强和离子流密度测量邻近民房位置的地面合成场强和离子流密度的测量点应布置在靠近线路最近极导线侧、距离民房围)墙外侧不小于1m处 4.3换流站合成场强和离子流密度测量 4.3.1换流站内合成场强和离子流密度测量换流站内合成场强和离子流密度测量点应选择在换流站直流带电区域的巡视走道、直流母线下等位置其他测量条件应满足4.1的要求 4.3.2换流站外合成场强和离子流密度测量测量换流站围墙外的合成场强和离子流密度时,测量点应选择在无进出线或远离进出线的直流侧围墙外且距离围墙5m的地方,测量合成场强和离子流密度的最大值换流站围墙外合成场强和离子流密度测至围墙外50m处即可测量换流站围墙外合成场强和离子流密度衰减特性时,测量点以距离换流站围墙外5m处为起点,沿垂直于围墙的方向分布,相邻两测量点间的距离一般应不大于5m,所有参数均应记录在测量报告中 4.3.3换流站附近民房合成场强和离子流密度测量换流站附近民房合成场强和离子流密度的测量点选择和测量方法参照4.2.2进行测量记录与数据处理 5 5.1测量记录测量直流输电线路合成场强和离子流密度时,应记录测量点或测量路径所在处极导线的线路参数，如导线高度、极间距离、导线型式和运行电压、电流;测量档距两端的杆塔编号、同杆线路回路数、线路排列方式测量换流站合成场强和离子流密度时,应记录测量点的具体位置、换流站的运行方式,换流阀功率、直流电压等同时,应记录测量布置位置及周围环境信息,测量时间段的风速、风向、温度、相对湿度、大气压等气象条件,以及每一次测量的开始时间与结束时间 5.2数据处理连续测量地面合成场强、离子流密度时,考虑到测量数据的分散性,应用概率统计的方法进行数据处理测量数据按测量点统计,每个测量点数据按绝对值大小排序,求出95%的数据不超过的值为最大值;90%不超过的值为90%值;80%不超过的值为80%值;50%不超过的值为50%值以100个同一测量点数据为例,每个测量点数据按绝对值从小到大排序,则第95个、第90个、第80个和第50个测量数据作为该点95%,90%,80%,50%所对应的值,分别为该点的最大值,90%值、80%值和50%值地面合成场强测量数据按测量点统计,以最大值、80%值和50%值作为评价依据离子流密度测量数据按测量点统计,以90%值作为评价依据
GB/37543一2019 附录 A 规范性附录场磨校准方法概述 A.1 由于直流合成场不像交流电场那样可用极板耦合,所以直流场的测量需要特殊的传感器,使传感元件上接收到的电力线总数量周期性地变化,与之相应的感应电荷也随之周期性地变化利用周期性变化的电荷所形成的电流即可测出相应的场强该电场测量仪既要可准确地测量合成的直流电场,又要可把多余的吸附离子导人地面,不致影响读数双极性直流输电线路的地面合成场强不仅有大小变化,而且有极性的变化;由于空间离子的存在和漂移,地面合成场强的极性是变化的因此,测量仪应具备测量场强幅值和极性的功能场强测量仪传感器通常有快门型、圆筒型和震板型,目前常用快门型传感器本附录仅描述快门型传感器即场磨)的校准方法 A.2场磨工作原理场磨的结构如图A.1所示其探头是由两个同轴安装的圆形扇片构成,上扇片随轴由电机驱动转动,下扇片固定不动旋转快门绝缘间除感应电极电机说明 -电场强度; 角速度; R 电阻; 电阻R上的电压降图A.1场磨示意图设场磨位于均匀恒定的电场E之中,电动机带动旋转快门或称为动磨片)作定速旋转,下部的感应电极(或称为静磨片)暴露于电场E的面积呈周期性变化,当静磨片暴露于电场时,为了维持其地面
GB/T37543一2019 电位,其上面会积聚相应的电荷,当电场E指向地面时静磨片上积聚的是负电荷,当电场E指向上空时静磨片上积聚的是正电荷当静磨片被动片遮蔽时,其上的电荷会流散于地中电荷的积聚与流散都是通过电阻R进行的,通过测量R上的压降即可测得其所在位置的电场强度积聚的电荷量由式A.1)确定 g.(t=e,EA() A.1 式中 (t -静磨片上随时间而变化的电荷量,单位为库仑(C) q -真空介电系数E，=×10",单位为法每米(F/m); -所测点的电场强度,单位为伏每米(V/m); E 静磨片暴露于电场下随时间而变化的面积,单位为平方米(m=). A(t 与g.(1)相应的电流由式(A.2)确定 dq.(t 是A (A.2 =eE i.(t dr 电阻R上的压降为 v,一i()R=看战R品AD) (A.3 式(A.3)即为设计场磨的基本依据 A.3校准 A.3.1合成场校准方法场磨是测量直流合成场的除了直流电场外,还存在空间电荷,所以为校准场磨,不但要有直流电场源,而且还要有相应的空间电荷发生装置考虑到直流输电工程现场实际存在离子流影响,宜采用离子场校准方法对场磨进行校准校准场磨所需的空间电荷是由电荷源提供的,其布置方式如图A.2所示,在电压(Vc-V)作用下,电极4的细金属导线上产生电晕电极2,3,5是由金属网构成的电极,电晕电荷除一部分被电极3 和5吸收之外,向上逸至上空,向下则进人电极2,3之间的空间,其中一部分被电极2吸收之外,其余部分则进人电极1、2之间的空间,为校准区提供电荷建立可计算电场和空间电荷的校准装置,将被校场磨的读数与计算值相比较,对场磨进行校准校准时场磨的上表面应与电极1的表面取平且紧密接触离子流场的场域充满了空间电荷,其数学描述为一维泊松方程(A.4).: V E=p/e A.4 式中 E -电场强度,单位为伏每米(V/m); -空间电荷密度,单位为库仑每米(C/m); 真空介电常数,单位为法每米(F/m). En 在电场力作用下,这些空间电荷以速度y=KE迁移,形成离子流,其密度为式A.5): =(KE) A.5) 式中离子流密度,单位为安每平方米(Ami); K -离子迁移率,单位为平方米每伏秒[m=/(V s)]
GB/37543一2019 电处区 O 电晕导线校核区 -0 场m 电流传感板保护带说明可调高压直流电源; 1、2、3、4、5 电极; R、R,R、,R、R 电阻; Vco、VA、V 电压; 与电极1之间的距离; Ico、l -电流; 电极1与电极2之间的距离图A.2场磨校准装置示意图当直流电晕达到稳定后,离子流场可假设为与时间变量无关的稳态场,电流连续方程为式(A.6) J=0 (A.6 在无旋场中,可用一个标量函数表征它的特性,因此引人空间电位函数按式(A.7): A.7 E=-e 式(A.4)至式(A.7)是描述直流离子流场的基本方程平行板之间电场应满足式(A.4)至式(A.7),对一维空间按式(A.8) dE A.8 e,KE 解此差分方程,可得式(A.9) E=(E;+ A.9 其中,E 是顶板处的电场强度,即-=d处,在平面-=d和==0处,电位分别为V下和0 根据式(A.7)和式(A.9),可得出E、K、三者之间关系式(A.10): 3/2 -(+始 E A.10 当平行板电极区域内的电流密度达到饱和值时,E =0,因此,由式(A.9)得到式(A.11): 1/2 12J文 A.l1 \Ke 以及由式(A.10)得到式(A.12) K= A.12 式中: -电流密度饱和值,单位为安每平方米(A/m') 式(A.12)中的K代人到式(A.l1)中,可得到下极板的场强式(A.13).
GB/T37543一2019 E(:=d (A.13 2 由式(A.12)可知,用试验方法测出，和Vr,即可求得离子迁移率K 当K确定后,则可由式(A.10 求得在电压V作用下任意电流密度对应的E值,然后再由式(A.9)可求得在电压V作用时,任意电流密度」对应的场强E值,从而可实现对场磨的标定 A.3.2静电场校准方法两块无穷大平行的平板之间的电场,就是可精确计算出来的均匀场源校准时,将场磨置于底板下方,场磨的上表面与底板下表面取平且紧密接触实验表明,在距离边缘大于板间距离的地方就可看作均匀场了校准点与平板边缘的距离.r应大于或等于两平板之间的距离d,如图A.3所示顶板底板图A.3产生均匀电场的平板电极两平板电极之间施加电压U,比较场磨的读数与U/计算值,从而对场磨进行校准此外,场磨的动磨片并不是将其所在的圆片面全部填满,其中含有空档部分,这也会影响其上空电场的均匀性实验表明,这一影响在其上约4倍场磨半径的地方即可认为已不存在了,即图A.3中两板之间的距离d应等于或大于4倍场磨的半径平板具有足够的尺寸,应保证不会发生电晕而导致平板间产生离子
GB/37543一2019 录附 B 规范性附录离子流密度测量仪校准方法 B.1离子流密度测量仪工作原理离子流密度可通过测量对地绝缘的威尔逊板截获的电流计算得出一般采用1m×1m的采集板进行测量一种方法是将采集板连接一个可测微弱电流的电流表接地,直接测量电流;另一种方法是将采集板与地间并联一个电阻,通过测量该电阻上的压降来得到流过的电流测量仪器可人工读取数据,也可用多通道自动测量系统进行测量 B.2校准根据上述测量原理,可通过注人小电流的方法校准离子流密度测量仪如图B.1所示当已知直流电压U和电阻R(R应大大超过测量仪的输人阻抗)时,离子流密度测量仪的电流测量回路读数应符合式(B.1l): I=U/R B.1 式中: 电流,单位为安(A); U 电压,单位为伏(V) R 电阻,单位为欧(Q 若电流测量回路的读数确实符合式(B.1),表明离子流密度测量仪已校好 " 电流测量回路说明 -直流电压; R 电阻; 电流图B.1电流注入校准离子流密度测量仪
GB/T37543一2019 考文献参 [[1]DL/T1088一2008士800kV特高压直流线路电磁环境参数限值 [2]DL/T10892008直流换流站与线路合成场强、离子流密度测量方法 gudefor [3]IEEEstd1227一1990IEEE themeasurementofDCelectrie-fieldstrength and onrelatedquantities 0

直流输电线路和换流站的合成场强与离子流密度的测量方法

直流输电作为一种高效、稳定的输电方式，被广泛应用于电力系统中。然而，在直流输电过程中，存在着一些不可避免的问题，如电磁干扰和电气化现象等，这些问题对于直流输电的安全和稳定运行造成了威胁。

为解决这些问题，需要对直流输电线路和换流站的合成场强和离子流密度进行精确测量，以便及时发现问题并采取相应措施。GB/T37543-2019标准就是为了此目的而制定的。

根据GB/T37543-2019标准，直流输电线路和换流站的合成场强测量可以采用电磁式或者电容式传感器进行。其中，电磁式传感器适用于场强范围较大的场合，而电容式传感器则适用于场强范围较小的场合。

在进行离子流密度测量时，可以采用平面探头或者圆筒探头。平面探头适用于场强均匀的情况下进行测量，而圆筒探头则适用于场强不均匀的情况下进行测量。

除此之外，GB/T37543-2019标准还对测量过程中的一些注意事项进行了详细说明，例如测量位置的选择、测量设备的校验和维护等。这些规定的目的是为了保证测量结果的准确性和可靠性。

总之，GB/T37543-2019标准为直流输电线路和换流站的合成场强与离子流密度的测量提供了统一的规范和方法，有助于提高直流输电系统的安全性和稳定性。