第４０卷第６期：１７６８．１７７４２０１４年６月３０日
ＤＯＩ：１０．１３３３６／ｊ．１００３—６５２０．ｈｖｅ．２０１４．０６．０２３
高电压技术
ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．４０．Ｎｏ．６：１７６８—１７７４
Ｊｕｎｅ３０，２０１４
大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与
耋日木ｏＩ义上［结果校正
季一鸣，张波，何金良
（清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，北京１０００８４）
摘要：为准确测量大气条件下的离子迁移率，基于平行平板离子流产生与测量法，搭建了平行平板离子流发生器，测量并讨论了该发生器测量区域的场均匀性，推导出使用该平行平板离子流发生器测量离子迁移率的方法。结果表明，平行平板电极上极板网面的理想程度决定了该装置的测量准确度；由于网面存在“喷泉”现象，因此采用平行平板法直接测量离子迁移率时会产生误差。当极板电压在６００～１
２００
Ｖ之问时，采用由下极板电场强度
反推上极板电位的矫正方法所得到的大气中的正、负离子迁移率与实际值相符。
关键词：直流输电线路；电磁环境；离子流场；离子迁移率测量；平行平板离子流产生与测量法；平行平板离子流发生器；校正方法
ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＲｅｓｕｌｔＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆＩｏｎ
ＭｏｂｉｌｉｔｙＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ＡｐｐａｒａｔｕｓｉｎＡｉｒ
ＪＩＹｉｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＢｏ，ＨＥＪｉｎｌｉａｎｇ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍａｎｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｔｓｉｎｇｈｕａ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）
ｐａｒａｌｌｅｌ—ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｏｒ
ａｒｅａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｉｎｒｅａｌａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｅｌｙ，ｗｅｂｕｉｌｔｂａｓｅｄ
ｏｎ
ａ
ｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌ—ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
ａｎｄ
ｉｔｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｆｉｅｌｄｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｉｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｏｆｔｈｉｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｎｗｅ
ｄｅｄｕｃｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｗｉｔｈｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｄｅａｌｉｚａｔｉｏｎｅｘｔｅｎｔｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｐｌａｔｅｎｅｔｏｆｐａｒａｌｌｅｌ－－ｐｌａｔｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｄｅｔｅｒ・－ｍｉｎｅｓｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅ‘ｓｐｒａｙ’ｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｐｌａｔｅｎｅｔ，ｔｈｅｒｅｗｉｌｌｂｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙ
ｅｒｒｏｒｓ
ｉｎｔｈｅｄｉｒｅｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｕｓｉｎｇｔｈｉｓｐａｒａｌｌｅｌ－ｐｌａｔｅｍｅｔｈｏｄ．ＭｏｒｅｏｖｅＬｗｈｅｎｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌ—ｐｌａｔｅｖｏｌｍｇｅｉｓｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ
６００－１２００Ｖｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅ
ａｎｄ
ｎｅｇａｔｉｖｅｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｉｎｒｅａｌａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ
ａｒｅ
ｐｒｏｃｅｓｓｅｄｕｓｉｎｇ
ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｌａｔｅｆｒｏｍｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅｂｏｓｏｍｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｌａｔｅ，ａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｉｒａｃｔｕａｌｖａｌｕｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｌｉｎｅｓ；ｅｌｅｃｔｒｏ—－ｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｉｏｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄ；ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｐａｒａｌ－・
ｌｅｌ—ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｐａｒａｌｌｅｌ—ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ
０引言
离子迁移率ｋ是一个普适性参量，是载荷粒子
在电场作用下沿电场方向运动的平均速率与所加电场强度的比值。它表征载荷粒子的微观运动特性，是粒子的本质特性之一，可以根据离子迁移率区分载荷粒子种类¨。Ｊ。
的仿真计算中起着重要作用一岱Ｊ。准确测量离子迁移
率对于分析直流输电线路周围电场分布、离子流分布和电磁环境具有重大意义博。１¨。
测量离子迁移率的方法有很多种，其中平行平
板离子流产生与测量方法是较为常用的一种１１２。１６Ｊ。
其余如突起微粒法、脉冲汤逊法、离子迁移率管法等测量法，或者缺乏理论基础，只是经验公式；或者装置复杂，测量设备技术和环境要求高；或者只能在密封容器内测量载荷粒子在人为制造的溶剂气
离子迁移率影响离子流场的分布，在离子流场
基金资助项目：国家自然科学基金（５１２３７００４）；国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２０１１ＣＢ２０９４０１－１）。
体中的离子迁移率【１７－２１］。平行平板离子流产生与测
量法的装置简单，理论基础明确，测量方便，技术要求不高，且可以直接测量实际大气中的离子迁移
Ｐｒｏｊｅｅｔ
ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙ
ＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｍａ
（５１２３７００４），Ｎａｔｉｏｎａｌ
（２０１１ＣＢ２０９４０１一１）．
ＢａｓｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（９７３
Ｐｒｏｇｒａｍ）
季一鸣，张波，何金良：大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与结果校正
１７６９
率，符合实际情况。这种测量方法最初由Ｍｉｓａｋｉａｎ提出，并被ＩＥＥＥ推荐为产生直流离子流场并校正离子流场中场强仪的方法【２２｜。国内秦柏林等曾采用
取值。
平行平板电极结构的上极板是１个十分细密的
金属网盘，下极板是纯金属盘，其上可以放置离子
流测量板，并为布置旋转伏特计预留了圆孔。其中，上极板是１个非常特殊的盘，其具体作用机理将在１．２节中进行分析。
电晕线盘与控制盘、控制盘与上极板、上极板与下极板之间分别施加悬浮电源电压，分别称为电
该方法测试离子流场地面电场强度和离子迁移率，并初步比较了直流输电线模型下的离子流场测量值与用平行平板法测得的离子迁移率值仿真计算出的离子流场值，２者基本相符。在Ｍｉｓａｋｉａｎ的研究中，
所测得的离子迁移率与理论值存在一定误差，但在秦柏林的研究中却完全没提到这点，更未做任何修正而是直接使用了测得的离子迁移率值。因此，本文搭建了一个平行平板离子流发生器，详细探索了
晕电压魄、控制电压氓、极板电压昕。平行平板
离子流发生器的电路结构拓扑图如图２所示，图中
电流表Ａ１、Ａ２、Ａ３分别测量经过电晕线盘、控制盘、上极板的电流，ｌ、／２、１３；ｄ为平行平板间距：
其中每一个结构的作用机理，对平行平板离子流产生与测量法的理论依据进行了补充。再采用该方法测量离子迁移率，观测并验证该方法测量离子迁移
率的可靠性，提出了其微观物理解释及相应的校正方法。
Ｅ为旋转伏特计。设ｚ轴正方向垂直向下，平行平
板上极板处ｚ＝０。１．２工作原理
本文选取的平行平板电极结构的间距（ｚ２０ｃｍ）
１平行平板离子流发生器
１．１基本结构
图１为研究中所设计搭建的平行平板离子流发
生器的示意图。该发生器是一个半径为０．５ｍ的圆柱形结构，由５层圆形平板挂靠在４根绝缘柱上组成，板间间距可调。
由上到下，第ｌ层平板是屏蔽盘，由１个金属板组成，它和下方的控制盘共同控制电晕线放电，以改善电场分布。其边缘圆滑，以防止周边放电。
第２层平板是电晕线盘，由１个金属圆形框架组成，电晕线（金属细线）平行排列于其上，为保证放电电晕强度足够强且直接产生的离子流密度较均匀，电晕线间距不能过密也不能过疏。
第３层平板是控制盘，由１个金属网盘组成。改变它与电晕线之间的电位差可以控制电晕强度。为了使电晕线具有最高的放电效率，屏蔽盘、控制
电带电
阿
图１平行平板离子流发生器
Ｆｉｇ．１
Ｐａｒａｌｌｅｌ—ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｏｒ
盘与电晕线盘之间的间距相等，且屏蔽盘与控制盘通过金属线相连，２者电位相等。控制盘也就是第ｌ
％
控制电
防…三徽
………。——，一：＝（
层过滤盘的网孔较大，使穿过其网面向下迁移的电
晕离子流分布趋向均匀。
以
行’Ｆ板电场Ｉ
●
以上３个平板组成了平行平板离子流发生器的
离子流产生部分。离子流产生部分下方的２个平面
ｔ——
盘构成了平行平板电极结构，是平行平板离子流发
生器中的核心测量区域。这种离子流产生于远离测量区域的结构设计保证了发生电晕时复杂的物理、化学反应及高电场强度不会影响到离子迁移率的
图２平行平板离子流发生器的电路图
Ｆｉｇ．２
Ｃｉｒｃｕｉｔｏｆｐａｒａｌｌｅｌ－ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｏｒ
１７７０
高电压技术
远小于其尺寸（半径０．５ｍ）。以板中心离子流密度作综上所述，与其他离子迁移率测量法相比，平行平板离子流产生与测量法原理简单，对设备技术的要求较低，适应性很强，测量时间也短，且能同
为基准值，在典型工作条件下（电晕线盘与屏蔽盘、
控制盘均相距１９．４ｃｍ，控制盘与上极板相距１３．９ｃｍ，极板间距１０ｃｍ），在下极板测量得到的离子流
时控制离子流密度。此外，该方法测量得到的载荷离子直接分布于实际大气中，因此该方法可以测量实际工程中大气条件下的离子迁移率。
图４、图５分别为ｄ＝－１０ｃｍ、ＵＴ＝９００Ｖ时，极板空间内累计不同程度的电荷时板间电场和电荷密度在ｚ轴上的分布情况。
密度分布如图３所示，图中数值表示该点与中心点
（数值为１）离子流密度之比。由图３可知，中心半径
＜０．３
ｍ区域内的离子流密度偏差值ｓ５％，可以基本
忽略。改变工作条件后离子流密度分布偏差值也很
小，可忽略。
因此在中心区域可假设离子流和电场在水平方向上均匀分布，只有竖直分量。可采用１维坐标
由图４、图５可知，当局＝０时，上极板处积累
了大量电荷但无法下落，‘厂不再增大，达到饱和状态。直到空间电荷在下极板处被消耗，上极板处的
描述其中的离子流场，极板电位为０。
Ｐｏｉｓｓｏｎ方程的ｌ维形式为
ＯＺ
＿ｄＥ（ｚ）－ｐ／占
Ｊ＝ｐｋｅ（ｚ）
电场才略微偏离零值，使电荷补充进来，电场再恢
（１）
复到零值，从而保持１个动态平衡过程。当离子流
达到饱和后，上极板处的电场强度始终处于似零而
（２）
离子流方程的ｌ维形式为
电流连续性方程的１维形式为
＿ｄＪ：０
ｄｚ
（３）
、’
综合以上３式，解微分方程得到电场分布为
ｎ１
Ｅ（ｚ）：（瑶＋娑）抛
，ｃ占
（４）
电位分布为
ｌ｛｜｜
ｊｍ
Ｕ（ｚ）＝Ｕａ－一（ｋ６／３Ｊ）（（Ｅ０２＋２Ｊｚ／ｋ６）３佗一露）
（５）
式中：ｓ为介电常数；Ｐ为空间电荷密度：，为离子
流密度；酢）为Ｚ处电场强度；ｋ为离子迁移率；∞）
为ｚ处电位；岛为上极板电场强度。令下极板电位为０；ＵＴ为极板问电压，即上极板的电位。由此可以计算得到
图３离子流密度分布
＿３ＪＵＴ：（瑶＋２Ｊｄ／ｋ占）３，２一霹
托６－
（６）
４２Ｏ８６４
当离子流穿过上极板后，空间电荷便在平板之
间累积，反过来阻碍离子流的进入，即削弱接近上
极板处的电场强度。式（６）左侧与，成线性关系，而
右侧与，成指数关系，因此保持所不变，当，增大时，昂减小。当，增大到一定程度时，疡减小到０，
此时有：
８ｄ３
Ｊ
：极板问有严分窄问兰兰多
。
’
Ｆｉｇ．３
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｏｎｆｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ
／．三二——一
２
占碳七一９了诱
（７）
…７
蕊－充纛？／眇；
０
０（）２
０．０４
二，１１］
Ｅ（ｚ）：（娑）抛
，ｃ占－
００６００８（）１０
（８）
测量此时的离子流密度以并用式（７）计算得到
离子迁移率。
Ｆｉｇ．４
图４沿ｚ轴极板间的电场分布
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄａｌｏｎｇ
ｐａｒａｌｌｅｌｐｌａｔｅｓ
ｚ
ａｘｉｓｂｅｔｗｅｅｎ
季一鸣，张波，何金良：大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与结果校正
１７７１
二ｎｌ
幽５沿二轴扳扳Ｍ电茼密度分ｍ
Ｆｉｇ．５
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｐａｃｅｃｈａｒｇｅｄｅｎｓｉｔｙａｌｏｎｇ
ｂｅｔｗｅｅｎｐａｒａｌｌｅｌｐｌａｔｅｓ
Ｆｉｇ．６
ｚ
０５１０
，，／ｇＡ
ｌ５２０２５
ａｘｉｓ
图６正极性、不同昕下的厶Ｊ图像
Ｇｒａｐｈｏｆ１３－／ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕＴｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
非零的微调状态。
上极板是离子流进入平行板电极结构的“门”，根据测得的＾、厶、厶值可得，穿过控制盘堆积在上极板上的电荷大多数通过Ａ３返回电源，只有极少数进入平行板结构。由上述分析可知，上极板应既
具有金属面的使整个平面处于同一电位水平的特
性，又具有空心盘的让离子流无阻碍下落的特性，
因此上极板是平行平板离子流发生器中最特殊、起最关键作用的１个盘。这在实际中是不可能做到的，只能用极细金属丝网达到近似效果，理想条件下金
属网网孔无穷小，但金属网丝半径应比金属网网孔尺寸还小几个数量级。若近似不够理想，则平行平板电极中的测量结果与理论结果不相符。
Ｆｉｇ．７
０
５
｛Ｏ
，ｊ“Ａ
Ｉ５
二Ｕ
二ｊ
图７负极性、彳：Ｉ划Ｕｒ卜ｈ－Ｉ图像
Ｇｒａｐｈｏｆｌ３４ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕＴｉｎｎｅｇａｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
２离子迁移率的测量
随着所的增加而增大。
反复调整平行平板离子流发生器各平板之间的间距使其能工作在离子流场最均匀、效率最高的
条件下，并能满足饱和条件。测量ｄ＝－１０ｃｍ、ＵＴ在
３１０－２１１０
与正极性情况相比，负极性条件下离子流密度更易达到饱和，且饱和离子流密度更大，分散性也
更大。
Ｖ之间时，正、负极性下离子流盘收集得
测得正、负极性下坼与其对应的离子迁移率ｋ
的关系，如表１和表２所示。
由表１、表２可知，在同一条件下，负离子迁
到的离子电流强度，与上极板上堆积的电荷强度之
间的关系如图６、图７所示。其中上极板堆积电荷
的大小可采用流过Ａ３的电流值厶来表征。
测量时温度约为２０℃，相对湿度在２０％～３０％之间，气压约为１００．５
ｋＰａ。
移率大于正离子迁移率，这与现有的研究结论相符，且本文测得的正负离子迁移率都在目前研究所得的离子迁移率范围内卜１１Ｊ。
然而，随着昕的增加，测得的正、负离子迁
移率均略有减小，这与理论分析不相符。这种现象在Ｍｉｓａｋｉａｎ的研究中也有出现，可见并非是因为测
由图６、图７可知，离子流密度先随着厶的增
大而增大，在一定范围内达到饱和。但当厶增大到一定程度后，离子流密度又会略微下降，
昕较大
时该现象较明显。随着听的增加，饱和离子流密度增大，且其增大速率大于昕增大速率，小于２
量误差。因此，采用平行平板离子流产生与测量法直接测得的离子迁移率不符合客观事实，不能直接用于实际工程中。
倍的昕增大速率。当离子流密度达到饱和时，厶
１７７２
高电压技术２０１４，４０（６）
表１正极性、不同坼下的离子迁移率
Ｔａｂｌｅ１
Ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｒｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
Ｔａｂｌｅ２
表２负极性、不同昕下的离子迁移率
ＩｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕＴｉｎｎｅｇａｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
表３正极性下的昕’与∥
３误差产生原因和相应的校正方法
３．１误差产生原因的讨论
测量结果之所以与理论不符，是因为金属网上
Ｔａｂｌｅ３
ｕＴ’ａｎｄ∥ｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
极板平面的近似不够理想。从微观上看，离子流从
金属网进入平板电极结构的过程实际上是从网眼中“喷射”出来、形成一个个锥形离子“喷泉”的过程，它们互相交叠，如图８所示。
这与本文中离子流和电场横向分布均匀、且只有竖直分量的假设条件相悖。此时上极板附近的离子流和电场分布十分复杂。定性分析此时的电荷和
表４负极性下的昕’与肛
Ｔａｂｌｅ４
ｕｒ’ａｎｄｋ＇ｉｎｎｅｇａｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
电场分布可知，离子穿过上极板时上极板的电压往往大于昕。
为了对测量结果进行校正、完善这种离子迁移率测量方法，根据式（８）推导得出，当离子流饱和时，
下极板处电场强度为
Ｅ（ｄ）＝互３Ｕ，／ｄ
（９）
可用旋转伏特计测量下极板处的电场强度
日奶，反推上极板处的真正起作用的等效电压阱；再采用昕’来重新计算离子迁移率∥，这样就可以避开上极板处复杂的电荷电场分布计算。所得到的正、
负极性下的校正值如表３、表４所示。
ｃ蒲蝥、萝幂暴：潘氮：；—、
／，“；ｖ７Ｙ．√；、＼ｊ×／∥
｝．ｊｊｔｉ：）ｊ｝、ｉ。Ｉ
／／，’／¨Ｉ，／Ｉ．“㈡，？Ｖ．｜。＋，
ｔ｜ｌ
Ｉ
“’７＼Ｙｆ㈠
Ｙ’ｆｆ
ｔ、
ｉ＼
‘‘ｊ
卜极板Ｍ线
，＼
由表３、表４可知，矫正电压珥一般都大于电
源电压昕，这与“喷泉”模型相符。当所在６００～
１２００
Ｆｉｇ．８
图８ｊｉ极板处离子“喷泉”现象２维示意图
２Ｄｇｒａｐｈｏｆｉｏｎｆｌｏｗ‘‘ｆｏｕｎｔａｉｎ’’ｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｐｌａｔｅ
Ｖ之间时，正、负离子迁移率基本保持不变，
增加到１５ｃｍ，在同样的大气条件下重新测量离子迁移率并进行校正，结果如表５、表６所示。
由表５、表６可知，当ｄ＝－１５ｃｍ时，校正后的
与珥无关，验证了该校正方法的正确性。而当昕
≥１５００
Ｖ时，校正离子迁移率随着珥的增加而减
小，这是因为阱越大，离子穿过上极板的运动速度
越快，形成的锥状离子流“喷泉”的扩展空间越大，
离子迁移率随着昕的变化规律与ｄ＝１０ｃｍ时相同；当昕在６００－－１
１．３５ｄ＝ｌＯ
２００
电极之间的离子流场不能再用１维理论进行分析。
而当即３００
Ｖ之间时，正离子迁移率约为
Ｖ时，校正离子迁移率明显过小，其
ｎｆ／ｆｖ・ｓ），负离子迁移率约为１．６９ｍ２／（Ｖ・ｓ），与ｃｍ时测量得到的值相同，验证了校正得到的
具体原因有待进一步实验分析。
为了验证所得到的离子迁移率的正确性，将ｄ
离子迁移率的正确性。
季一鸣，张波，何金良：大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与结果校正１７７３
表５正极性下、ｄ＝１５ｃｍ时的离子迁移率及其校正值
Ｔａｂｌｅ５
Ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙａｎｄｉｔｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｖａｌｕｅｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅ
ｐｏｌａｒｉｔｙｗｈｅｎｄ＝１５ｃｍ
昕～耻呐／（ｍ２＾＿１）（群）昕ｗ／（ｍ：Ａ＿１）
表６负极性下、ｄ＝１５ｃｍ时的离子迁移率及其校正值
Ｔａｂｌｅ６
Ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙａｎｄｉｔｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｖａｌｕｅｉｎｎｅｇａｔｉｖｅｐｏ－
ｌａｒｉｔｙｗｈｅｎ赤１５ｃｍ
４结论
１）平行平板离子流产生与测量法是一种较好的离子迁移率测量法，它的离子流产生部分与核心测量区域相互分离，避免了电晕放电复杂物理、化学过程的干扰，原理明确，结构简单，且可以直接
测量实际工程条件下的离子迁移率，适用于输电线路离子流场的仿真计算。
２）平行平板离子流发生器中，其平行板结构的上极板是一个有着特殊要求的平板，它既要具有金属平板的使平面电位保持在同一水平的特性，又要具有空心板的让离子流自由下降的特性。金属丝
网近似满足这个条件的程度决定了平行平板离子流发生器的工作情况。
３）采用平行平板离子流发生器直接测量离子
迁移率所得到的结果往往与理论值不符，测得的离
子迁移率随着极板电压的增大而减小。从微观上看，
这是因为上极板金属丝网具有“喷泉”现象。
４）在一定的极板电压范围内（本文为６００－１
２００
Ｖ之间），采用由下极板测得的电场强度反推上极板电位方法校正测得的离子迁移率值与实际值相符。
但当极板电压超出限定范围时，上极板“喷泉”范围增大，导致上极板电荷电场分布更加复杂，平板电极问的离子流场不能再采用１维理论进行分析。
参考文献Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ
【ｌ】１
ＨｅｒｂｅｒｔＨ，ＷｉｌｌｉａｍＦ＇ＲｏｂｅｒｔＨ，ｅｔａ１．Ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ［Ｊ］Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９０，６２（２３）：１２０１—１２０９．
【２】
ＭａｓｏｎＥＡ，ＭｃＤａｎｉｅｌＥｗＴｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｐｅａｉｅｓｏｆｉｏｎｓｉｎｇａｓｅｓ［Ｍ］．
ＮｅｗＹｏｒｋ，ＵＳＡ：Ｊｏｈｎ
Ｗｉｌｅｙ，１９８８：３２－４５．
［３］刘兴华，何为，杨帆，等．空气放电中电子输运参数的计算与分析［Ｊ】．高电压技术，２０１１，３７（７）：１６１４－１６１９．
ＬＩＵＸｉｎｇｈｕａ’ＨＥ
Ｗｅｉ，ＹＡＮＧＦａｎ，ｅｔａ１．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆ
ｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｐｏｒｔ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｉｎａｉｒ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ［Ｊ］．ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ，２０１ｌ，３７（７）：１６１４—１６１９．
【４】
刘振亚．特高压直流输电工程电磁环境［Ｍ】．北京：中国电力出版
社，２００９：１３．２１．
ＬＩＵ
Ｚｈｅｎｙａ．ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＵＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｐｒｏｊｅｃｔ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃ
ＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，２００９：１３—２１．
【５】
ＭａｒｕｖａｄａＰＳ．Ｃｏｒｏｎａｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ，ＵＳＡ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｓｔｕｄｉｅｓ
Ｐｒｅｓｓ
Ｌｉｍｉｔｅｄ，
２０００：１０３－１２２．
【６】
Ａｂｄｅｌ—Ｓａｌａｍ
Ｍ，ＡＩ－Ｈａｍｏｕｚｚ．Ａｎｅｗｆｉｎｉｔｅ—ｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆ
ａｌｌ
ｉｏｎｉｚｅｄｆｉｅｌｄｉｎｃｏａｘｉａｌｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｇｅｏｍｅｔｒｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓＤ：
ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９９２，２５（１０）：１５５１－１５５５．
［７】张宇，阮江军．ＨＶＤＣ输电线路离子流场数值计算方法研究【Ｊ］
高电压技术，２００６，３２（９）：１４０．１４２．
ＺＨＡＮＧＹｕ，ＲＵＡＮ
Ｊｉａｎｇｊｕｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆ
ｉｏｎｉｚｅｄｆｉｅｌｄａｒｏｕｎｄＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉ・ｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，３２（９）：１４０・１４２．
［８］
李永明，邹岸新，徐禄文，等．特高压直流输电线路离子流场的有
限元一积分法计算【Ｊ】．高电压技术，２０１２，３８（６）：１４２８－１４３５．
ＬＩ
Ｙｕｎｇｍｉｎｇ，ＺＯＵ
Ａｎｘｉｎ，ＸＵＬｕｗｅｎ，ｅｔａ１．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
ｏｎｃｏｒｏｎａ
ｉｏ—
ｎｉｚｅｄｆｉｅｌｄｏｆＵＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ－ｉｎｔｅｇｒａｌ
ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＨｉｇｌｌＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｍｅｅｒｉｎｇ，２０１２，３８（６）：１４２８－１４３５．
【９】余世峰，阮江军，张宇，等．直流离子流场的有限元迭代计算［Ｊ】．
高电压技术，２００９，３５（４）：８９４．８９９．
ＹＵＳｈｉｆｅｎｇ，ＲＵＡＮＪｉａｎｇｊｕｎ，ＺＨＡＮＧＹｕ，ｅｔａ１．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ
ｉｔｅｍ－
ｒｉｖｅ
ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｏｆ
ｄｉｒｅｃｔ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｉｏｎｉｚｅｄ
ｆｉｅｌｄ［Ｊ］．ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，３５（４）：８９４－８９９．
【ｌＯ】孙竹森，王勤，万保权。等．４－５００ｋＶ三沪直流输电线路电磁
环境测试分析【Ｊ】．高电压技术，２００７，３３（５）：６５－６８．
ＳＵＮ
Ｚｈｕｓｅｎ，ＷＡＮＧＱｉｎ，ＷＡＮＢａｏｑｕａｎ，ｅｔａ１．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄ
ａｎａｌｙｚｅｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆ士５００ｋＶＳａｎ－ＨｕＤＣ
ｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ［Ｊ］．Ｈｉｇｈ
ＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３３（５）：
６５．６８．
［１１】李伟，张波，何金良．多回直流输电线路的离子流场计算［Ｊ】
高电压技术，２００８，３４（１２）：２７１９—２７２５．
ＬＩ
Ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧＢｏ，ＨＥＪｉｎｌｉａｎｇ．Ｉｏｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｕｌ－
ｔｉ—ｃｉｒｃｍｔＤＣ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．Ｈｉｇｈ
ＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，
３４（１２１：２７１９－２７２５．
【１２】ＡｒｓｏｎＡＧＢｏｒｔｎｉｋＪＭ．ＭｏｂｉｌｉｔｙｏｆｉｏｎｓｉｎＳＦ６［Ｃ］／／６“Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ
ＧａｓＤｉｓｃｈａｒｇｅｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ：
ＩＥＥＥ．１９８０：１６５．１６７．
１７７４
高电压技术
２０１４，４０（６）
【１３］ＷａｔｅｒｓＲｔＰｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｍｅａｎｉｏｎｎｏｂｉｌｉｔｉｅｓｉｎ
ｃｏｒｏｎａ
ｄｉｓ・ｃｈａｒｇｅｓｉｎＳＦ６ａｎｄ
ｍｉｘｔｕｒｅｓ［Ｃ］／／７“ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ
Ｇａｓ
ＤｉｓｃｈａｒｇｅｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｌｏｎｄｏｎ，Ｅｎｇｌａｎｄ：ＩＥＥＥ，１９８２：
２５１．２５４．
【１４］ＢｌａｉｒＤＡ．Ｄｒｉｆｔｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅｉｏｎｓａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｉｏｎｓｉｎｃｙｌｉｎｄ—
ｅｒ
ＳＦ６［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓＤ：ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９８９，２（３）：７５５—７５８．
【１５］ＣｒｉｔｏｎＢＨ．ＤｒｉｆｔｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｉｏｎｓｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄＳＦ６谢ｔｈａｐｐｌｉｅｄ
ｆｉｅｌｄｂｅｌｏｗｔｈｅｌｉｍｉｔｉｎｇｖａｌｕｅ［Ｃ】／／５。ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ
Ｇａｓ
Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓａｎｄ
Ｔｈｅｉｒ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｏｘｆｏｒｄ，Ｅｎｇｌａｎｄ：ＩＥＥＥ，１９７８：
２５４．２５５．
【１６］ＲａｅｔｈｅｒＡ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎａｖａｌａｎｃｈｅｓａｎｄｂｒｅａｋｄｏｗｎｉｎｇａｓｅｓ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ，
ＵＫ：Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈｓ，１９６４：４５－５９．
［１７】ＡｓｃｈｗａｎｄｅｎｔＳｗａｒｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎＳＦ６ａｎｄＳＦ６／Ｎ２ｍｉｘｔｕｒｅｓｄｅｔｅｒ－
ｍｉｎｅｄｆｒｏｍａ
ｔｉｍｅ
ｒｅｓｏｌｖｅｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｓｔｕｄｙ［Ｃ］／／４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ
Ｇａｓｅｏｕｓ
Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ．Ｋｎｏｘｖｉｌｌｅ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，
１９８４：２４．３２．
【１８］ＣｏｌｌｉｎｓＤＣ，ｌｅｅＭＬ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｓｐｅｃｔｍｍｅ－
ｔｒｙ－ｍａｓｓ
ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ【Ｊ】ＡｎａｌＢｉｏａｎａｌＣｈｅｍ，２００２，３７２（１）：６６—７３．
［１９］ＫａｎｕＡＢ，ＤｗｉｖｅｄｉＰ＇ＴａｍＭ，ｅｔａ１．Ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙ－ｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅ－
廿ｙｍ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，２００８，４３（１）：１－２２．
［２０】郑跃胜．高压直流导线的电晕场特性研究【Ｄ】．清华大学，２０１２：
５６．６６．
ＺＨＥＮＧＹｕｅｓｈｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｒｏｎａｆｉｅｌｄｓａｒｏｕｎｄ
ＨＶＤＣｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ：ＴｓｉｎｇｈｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２：
５６—６６．
［２１］ＭｉｓａｋｉａｎＭ．ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＤＣｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｗｉｔｈ
ｓｐａｃｅｃｈａｒｇｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９８１，５２（５）：３１３５—３１４３．
［２２】ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＣｏｍｍｉｔｔｅｅｏｆｔｈｅＩＥＥＥＰｏｗｅｒＥｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ
Ｓｏｃｉｅｔｙ．ＩＥＥＥ
Ｓｔｄ
１２２７札２０１０
ＩＥＥＥ
ｇｕｉｄｅ
ｆｏｒｔｈｅ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＤＣｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｉｏｎｒｅｌａｔｅｄｑｕａｎｔｉｆｉｅｓ［Ｓ］，
２０】０
季一鸣
１９８９一，女，硕士生
主要从事输变电技术和电磁环境技术方面的研究工作
Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｙｉｍｉｎ９４４＠１２６．ｅｏｍ
张波
１９７６一，男，博士，副教授
主要从事输变电技术、电磁环境技术及接地等方
面的研究工作
Ｅ・ｍａｉｌ：ｓｈｉｚｂｃｎ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ
何金良
１９６６一，男，博士，教授，博导，ＩＥＥＥ
ｆｅｌｌｏｗ，
ＩＥＴｆｅｌｌｏｗ
主要从事输变电技术、电磁环境技术及电介质材
料等方面的研究工作
Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｅｊｌ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃａ
ＨＥ
Ｊｉｎｌｉａｎｇ
Ｐｈ．Ｄ．，ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＩＥＥＥｆｅｌｌｏｗＩＥＴｆｅｌｌｏｗ
收稿日期２０１４—０１．２８修回日期２０１４—０３．１０编辑程子丰
大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与结果校正
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
季一鸣， 张波， 何金良， JI Yiming， ZHANG Bo， HE Jinliang
清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,北京,100084高电压技术
High Voltage Engineering2014,40(6)
引用本文格式：季一鸣. 张波. 何金良. JI Yiming. ZHANG Bo. HE Jinliang 大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与结果校正[期刊论文]-高电压技术 2014(6)
第４０卷第６期：１７６８．１７７４２０１４年６月３０日
ＤＯＩ：１０．１３３３６／ｊ．１００３—６５２０．ｈｖｅ．２０１４．０６．０２３
高电压技术
ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．４０．Ｎｏ．６：１７６８—１７７４
Ｊｕｎｅ３０，２０１４
大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与
耋日木ｏＩ义上［结果校正
季一鸣，张波，何金良
（清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，北京１０００８４）
摘要：为准确测量大气条件下的离子迁移率，基于平行平板离子流产生与测量法，搭建了平行平板离子流发生器，测量并讨论了该发生器测量区域的场均匀性，推导出使用该平行平板离子流发生器测量离子迁移率的方法。结果表明，平行平板电极上极板网面的理想程度决定了该装置的测量准确度；由于网面存在“喷泉”现象，因此采用平行平板法直接测量离子迁移率时会产生误差。当极板电压在６００～１
２００
Ｖ之问时，采用由下极板电场强度
反推上极板电位的矫正方法所得到的大气中的正、负离子迁移率与实际值相符。
关键词：直流输电线路；电磁环境；离子流场；离子迁移率测量；平行平板离子流产生与测量法；平行平板离子流发生器；校正方法
ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＲｅｓｕｌｔＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆＩｏｎ
ＭｏｂｉｌｉｔｙＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ＡｐｐａｒａｔｕｓｉｎＡｉｒ
ＪＩＹｉｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＢｏ，ＨＥＪｉｎｌｉａｎｇ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍａｎｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｔｓｉｎｇｈｕａ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）
ｐａｒａｌｌｅｌ—ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｏｒ
ａｒｅａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｉｎｒｅａｌａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｅｌｙ，ｗｅｂｕｉｌｔｂａｓｅｄ
ｏｎ
ａ
ｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌ—ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
ａｎｄ
ｉｔｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｆｉｅｌｄｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｉｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｏｆｔｈｉｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｎｗｅ
ｄｅｄｕｃｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｗｉｔｈｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｄｅａｌｉｚａｔｉｏｎｅｘｔｅｎｔｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｐｌａｔｅｎｅｔｏｆｐａｒａｌｌｅｌ－－ｐｌａｔｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｄｅｔｅｒ・－ｍｉｎｅｓｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅ‘ｓｐｒａｙ’ｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｐｌａｔｅｎｅｔ，ｔｈｅｒｅｗｉｌｌｂｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙ
ｅｒｒｏｒｓ
ｉｎｔｈｅｄｉｒｅｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｕｓｉｎｇｔｈｉｓｐａｒａｌｌｅｌ－ｐｌａｔｅｍｅｔｈｏｄ．ＭｏｒｅｏｖｅＬｗｈｅｎｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌ—ｐｌａｔｅｖｏｌｍｇｅｉｓｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ
６００－１２００Ｖｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅ
ａｎｄ
ｎｅｇａｔｉｖｅｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｉｎｒｅａｌａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ
ａｒｅ
ｐｒｏｃｅｓｓｅｄｕｓｉｎｇ
ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｌａｔｅｆｒｏｍｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅｂｏｓｏｍｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｌａｔｅ，ａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｉｒａｃｔｕａｌｖａｌｕｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｌｉｎｅｓ；ｅｌｅｃｔｒｏ—－ｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｉｏｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄ；ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｐａｒａｌ－・
ｌｅｌ—ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｐａｒａｌｌｅｌ—ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ
０引言
离子迁移率ｋ是一个普适性参量，是载荷粒子
在电场作用下沿电场方向运动的平均速率与所加电场强度的比值。它表征载荷粒子的微观运动特性，是粒子的本质特性之一，可以根据离子迁移率区分载荷粒子种类¨。Ｊ。
的仿真计算中起着重要作用一岱Ｊ。准确测量离子迁移
率对于分析直流输电线路周围电场分布、离子流分布和电磁环境具有重大意义博。１¨。
测量离子迁移率的方法有很多种，其中平行平
板离子流产生与测量方法是较为常用的一种１１２。１６Ｊ。
其余如突起微粒法、脉冲汤逊法、离子迁移率管法等测量法，或者缺乏理论基础，只是经验公式；或者装置复杂，测量设备技术和环境要求高；或者只能在密封容器内测量载荷粒子在人为制造的溶剂气
离子迁移率影响离子流场的分布，在离子流场
基金资助项目：国家自然科学基金（５１２３７００４）；国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２０１１ＣＢ２０９４０１－１）。
体中的离子迁移率【１７－２１］。平行平板离子流产生与测
量法的装置简单，理论基础明确，测量方便，技术要求不高，且可以直接测量实际大气中的离子迁移
Ｐｒｏｊｅｅｔ
ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙ
ＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｍａ
（５１２３７００４），Ｎａｔｉｏｎａｌ
（２０１１ＣＢ２０９４０１一１）．
ＢａｓｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（９７３
Ｐｒｏｇｒａｍ）
季一鸣，张波，何金良：大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与结果校正
１７６９
率，符合实际情况。这种测量方法最初由Ｍｉｓａｋｉａｎ提出，并被ＩＥＥＥ推荐为产生直流离子流场并校正离子流场中场强仪的方法【２２｜。国内秦柏林等曾采用
取值。
平行平板电极结构的上极板是１个十分细密的
金属网盘，下极板是纯金属盘，其上可以放置离子
流测量板，并为布置旋转伏特计预留了圆孔。其中，上极板是１个非常特殊的盘，其具体作用机理将在１．２节中进行分析。
电晕线盘与控制盘、控制盘与上极板、上极板与下极板之间分别施加悬浮电源电压，分别称为电
该方法测试离子流场地面电场强度和离子迁移率，并初步比较了直流输电线模型下的离子流场测量值与用平行平板法测得的离子迁移率值仿真计算出的离子流场值，２者基本相符。在Ｍｉｓａｋｉａｎ的研究中，
所测得的离子迁移率与理论值存在一定误差，但在秦柏林的研究中却完全没提到这点，更未做任何修正而是直接使用了测得的离子迁移率值。因此，本文搭建了一个平行平板离子流发生器，详细探索了
晕电压魄、控制电压氓、极板电压昕。平行平板
离子流发生器的电路结构拓扑图如图２所示，图中
电流表Ａ１、Ａ２、Ａ３分别测量经过电晕线盘、控制盘、上极板的电流，ｌ、／２、１３；ｄ为平行平板间距：
其中每一个结构的作用机理，对平行平板离子流产生与测量法的理论依据进行了补充。再采用该方法测量离子迁移率，观测并验证该方法测量离子迁移
率的可靠性，提出了其微观物理解释及相应的校正方法。
Ｅ为旋转伏特计。设ｚ轴正方向垂直向下，平行平
板上极板处ｚ＝０。１．２工作原理
本文选取的平行平板电极结构的间距（ｚ２０ｃｍ）
１平行平板离子流发生器
１．１基本结构
图１为研究中所设计搭建的平行平板离子流发
生器的示意图。该发生器是一个半径为０．５ｍ的圆柱形结构，由５层圆形平板挂靠在４根绝缘柱上组成，板间间距可调。
由上到下，第ｌ层平板是屏蔽盘，由１个金属板组成，它和下方的控制盘共同控制电晕线放电，以改善电场分布。其边缘圆滑，以防止周边放电。
第２层平板是电晕线盘，由１个金属圆形框架组成，电晕线（金属细线）平行排列于其上，为保证放电电晕强度足够强且直接产生的离子流密度较均匀，电晕线间距不能过密也不能过疏。
第３层平板是控制盘，由１个金属网盘组成。改变它与电晕线之间的电位差可以控制电晕强度。为了使电晕线具有最高的放电效率，屏蔽盘、控制
电带电
阿
图１平行平板离子流发生器
Ｆｉｇ．１
Ｐａｒａｌｌｅｌ—ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｏｒ
盘与电晕线盘之间的间距相等，且屏蔽盘与控制盘通过金属线相连，２者电位相等。控制盘也就是第ｌ
％
控制电
防…三徽
………。——，一：＝（
层过滤盘的网孔较大，使穿过其网面向下迁移的电
晕离子流分布趋向均匀。
以
行’Ｆ板电场Ｉ
●
以上３个平板组成了平行平板离子流发生器的
离子流产生部分。离子流产生部分下方的２个平面
ｔ——
盘构成了平行平板电极结构，是平行平板离子流发
生器中的核心测量区域。这种离子流产生于远离测量区域的结构设计保证了发生电晕时复杂的物理、化学反应及高电场强度不会影响到离子迁移率的
图２平行平板离子流发生器的电路图
Ｆｉｇ．２
Ｃｉｒｃｕｉｔｏｆｐａｒａｌｌｅｌ－ｐｌａｔｅｉｏｎｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｏｒ
１７７０
高电压技术
远小于其尺寸（半径０．５ｍ）。以板中心离子流密度作综上所述，与其他离子迁移率测量法相比，平行平板离子流产生与测量法原理简单，对设备技术的要求较低，适应性很强，测量时间也短，且能同
为基准值，在典型工作条件下（电晕线盘与屏蔽盘、
控制盘均相距１９．４ｃｍ，控制盘与上极板相距１３．９ｃｍ，极板间距１０ｃｍ），在下极板测量得到的离子流
时控制离子流密度。此外，该方法测量得到的载荷离子直接分布于实际大气中，因此该方法可以测量实际工程中大气条件下的离子迁移率。
图４、图５分别为ｄ＝－１０ｃｍ、ＵＴ＝９００Ｖ时，极板空间内累计不同程度的电荷时板间电场和电荷密度在ｚ轴上的分布情况。
密度分布如图３所示，图中数值表示该点与中心点
（数值为１）离子流密度之比。由图３可知，中心半径
＜０．３
ｍ区域内的离子流密度偏差值ｓ５％，可以基本
忽略。改变工作条件后离子流密度分布偏差值也很
小，可忽略。
因此在中心区域可假设离子流和电场在水平方向上均匀分布，只有竖直分量。可采用１维坐标
由图４、图５可知，当局＝０时，上极板处积累
了大量电荷但无法下落，‘厂不再增大，达到饱和状态。直到空间电荷在下极板处被消耗，上极板处的
描述其中的离子流场，极板电位为０。
Ｐｏｉｓｓｏｎ方程的ｌ维形式为
ＯＺ
＿ｄＥ（ｚ）－ｐ／占
Ｊ＝ｐｋｅ（ｚ）
电场才略微偏离零值，使电荷补充进来，电场再恢
（１）
复到零值，从而保持１个动态平衡过程。当离子流
达到饱和后，上极板处的电场强度始终处于似零而
（２）
离子流方程的ｌ维形式为
电流连续性方程的１维形式为
＿ｄＪ：０
ｄｚ
（３）
、’
综合以上３式，解微分方程得到电场分布为
ｎ１
Ｅ（ｚ）：（瑶＋娑）抛
，ｃ占
（４）
电位分布为
ｌ｛｜｜
ｊｍ
Ｕ（ｚ）＝Ｕａ－一（ｋ６／３Ｊ）（（Ｅ０２＋２Ｊｚ／ｋ６）３佗一露）
（５）
式中：ｓ为介电常数；Ｐ为空间电荷密度：，为离子
流密度；酢）为Ｚ处电场强度；ｋ为离子迁移率；∞）
为ｚ处电位；岛为上极板电场强度。令下极板电位为０；ＵＴ为极板问电压，即上极板的电位。由此可以计算得到
图３离子流密度分布
＿３ＪＵＴ：（瑶＋２Ｊｄ／ｋ占）３，２一霹
托６－
（６）
４２Ｏ８６４
当离子流穿过上极板后，空间电荷便在平板之
间累积，反过来阻碍离子流的进入，即削弱接近上
极板处的电场强度。式（６）左侧与，成线性关系，而
右侧与，成指数关系，因此保持所不变，当，增大时，昂减小。当，增大到一定程度时，疡减小到０，
此时有：
８ｄ３
Ｊ
：极板问有严分窄问兰兰多
。
’
Ｆｉｇ．３
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｏｎｆｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ
／．三二——一
２
占碳七一９了诱
（７）
…７
蕊－充纛？／眇；
０
０（）２
０．０４
二，１１］
Ｅ（ｚ）：（娑）抛
，ｃ占－
００６００８（）１０
（８）
测量此时的离子流密度以并用式（７）计算得到
离子迁移率。
Ｆｉｇ．４
图４沿ｚ轴极板间的电场分布
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄａｌｏｎｇ
ｐａｒａｌｌｅｌｐｌａｔｅｓ
ｚ
ａｘｉｓｂｅｔｗｅｅｎ
季一鸣，张波，何金良：大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与结果校正
１７７１
二ｎｌ
幽５沿二轴扳扳Ｍ电茼密度分ｍ
Ｆｉｇ．５
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｐａｃｅｃｈａｒｇｅｄｅｎｓｉｔｙａｌｏｎｇ
ｂｅｔｗｅｅｎｐａｒａｌｌｅｌｐｌａｔｅｓ
Ｆｉｇ．６
ｚ
０５１０
，，／ｇＡ
ｌ５２０２５
ａｘｉｓ
图６正极性、不同昕下的厶Ｊ图像
Ｇｒａｐｈｏｆ１３－／ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕＴｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
非零的微调状态。
上极板是离子流进入平行板电极结构的“门”，根据测得的＾、厶、厶值可得，穿过控制盘堆积在上极板上的电荷大多数通过Ａ３返回电源，只有极少数进入平行板结构。由上述分析可知，上极板应既
具有金属面的使整个平面处于同一电位水平的特
性，又具有空心盘的让离子流无阻碍下落的特性，
因此上极板是平行平板离子流发生器中最特殊、起最关键作用的１个盘。这在实际中是不可能做到的，只能用极细金属丝网达到近似效果，理想条件下金
属网网孔无穷小，但金属网丝半径应比金属网网孔尺寸还小几个数量级。若近似不够理想，则平行平板电极中的测量结果与理论结果不相符。
Ｆｉｇ．７
０
５
｛Ｏ
，ｊ“Ａ
Ｉ５
二Ｕ
二ｊ
图７负极性、彳：Ｉ划Ｕｒ卜ｈ－Ｉ图像
Ｇｒａｐｈｏｆｌ３４ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕＴｉｎｎｅｇａｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
２离子迁移率的测量
随着所的增加而增大。
反复调整平行平板离子流发生器各平板之间的间距使其能工作在离子流场最均匀、效率最高的
条件下，并能满足饱和条件。测量ｄ＝－１０ｃｍ、ＵＴ在
３１０－２１１０
与正极性情况相比，负极性条件下离子流密度更易达到饱和，且饱和离子流密度更大，分散性也
更大。
Ｖ之间时，正、负极性下离子流盘收集得
测得正、负极性下坼与其对应的离子迁移率ｋ
的关系，如表１和表２所示。
由表１、表２可知，在同一条件下，负离子迁
到的离子电流强度，与上极板上堆积的电荷强度之
间的关系如图６、图７所示。其中上极板堆积电荷
的大小可采用流过Ａ３的电流值厶来表征。
测量时温度约为２０℃，相对湿度在２０％～３０％之间，气压约为１００．５
ｋＰａ。
移率大于正离子迁移率，这与现有的研究结论相符，且本文测得的正负离子迁移率都在目前研究所得的离子迁移率范围内卜１１Ｊ。
然而，随着昕的增加，测得的正、负离子迁
移率均略有减小，这与理论分析不相符。这种现象在Ｍｉｓａｋｉａｎ的研究中也有出现，可见并非是因为测
由图６、图７可知，离子流密度先随着厶的增
大而增大，在一定范围内达到饱和。但当厶增大到一定程度后，离子流密度又会略微下降，
昕较大
时该现象较明显。随着听的增加，饱和离子流密度增大，且其增大速率大于昕增大速率，小于２
量误差。因此，采用平行平板离子流产生与测量法直接测得的离子迁移率不符合客观事实，不能直接用于实际工程中。
倍的昕增大速率。当离子流密度达到饱和时，厶
１７７２
高电压技术２０１４，４０（６）
表１正极性、不同坼下的离子迁移率
Ｔａｂｌｅ１
Ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｒｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
Ｔａｂｌｅ２
表２负极性、不同昕下的离子迁移率
ＩｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕＴｉｎｎｅｇａｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
表３正极性下的昕’与∥
３误差产生原因和相应的校正方法
３．１误差产生原因的讨论
测量结果之所以与理论不符，是因为金属网上
Ｔａｂｌｅ３
ｕＴ’ａｎｄ∥ｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
极板平面的近似不够理想。从微观上看，离子流从
金属网进入平板电极结构的过程实际上是从网眼中“喷射”出来、形成一个个锥形离子“喷泉”的过程，它们互相交叠，如图８所示。
这与本文中离子流和电场横向分布均匀、且只有竖直分量的假设条件相悖。此时上极板附近的离子流和电场分布十分复杂。定性分析此时的电荷和
表４负极性下的昕’与肛
Ｔａｂｌｅ４
ｕｒ’ａｎｄｋ＇ｉｎｎｅｇａｔｉｖｅｐｏｌａｒｉｔｙ
电场分布可知，离子穿过上极板时上极板的电压往往大于昕。
为了对测量结果进行校正、完善这种离子迁移率测量方法，根据式（８）推导得出，当离子流饱和时，
下极板处电场强度为
Ｅ（ｄ）＝互３Ｕ，／ｄ
（９）
可用旋转伏特计测量下极板处的电场强度
日奶，反推上极板处的真正起作用的等效电压阱；再采用昕’来重新计算离子迁移率∥，这样就可以避开上极板处复杂的电荷电场分布计算。所得到的正、
负极性下的校正值如表３、表４所示。
ｃ蒲蝥、萝幂暴：潘氮：；—、
／，“；ｖ７Ｙ．√；、＼ｊ×／∥
｝．ｊｊｔｉ：）ｊ｝、ｉ。Ｉ
／／，’／¨Ｉ，／Ｉ．“㈡，？Ｖ．｜。＋，
ｔ｜ｌ
Ｉ
“’７＼Ｙｆ㈠
Ｙ’ｆｆ
ｔ、
ｉ＼
‘‘ｊ
卜极板Ｍ线
，＼
由表３、表４可知，矫正电压珥一般都大于电
源电压昕，这与“喷泉”模型相符。当所在６００～
１２００
Ｆｉｇ．８
图８ｊｉ极板处离子“喷泉”现象２维示意图
２Ｄｇｒａｐｈｏｆｉｏｎｆｌｏｗ‘‘ｆｏｕｎｔａｉｎ’’ｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｐｌａｔｅ
Ｖ之间时，正、负离子迁移率基本保持不变，
增加到１５ｃｍ，在同样的大气条件下重新测量离子迁移率并进行校正，结果如表５、表６所示。
由表５、表６可知，当ｄ＝－１５ｃｍ时，校正后的
与珥无关，验证了该校正方法的正确性。而当昕
≥１５００
Ｖ时，校正离子迁移率随着珥的增加而减
小，这是因为阱越大，离子穿过上极板的运动速度
越快，形成的锥状离子流“喷泉”的扩展空间越大，
离子迁移率随着昕的变化规律与ｄ＝１０ｃｍ时相同；当昕在６００－－１
１．３５ｄ＝ｌＯ
２００
电极之间的离子流场不能再用１维理论进行分析。
而当即３００
Ｖ之间时，正离子迁移率约为
Ｖ时，校正离子迁移率明显过小，其
ｎｆ／ｆｖ・ｓ），负离子迁移率约为１．６９ｍ２／（Ｖ・ｓ），与ｃｍ时测量得到的值相同，验证了校正得到的
具体原因有待进一步实验分析。
为了验证所得到的离子迁移率的正确性，将ｄ
离子迁移率的正确性。
季一鸣，张波，何金良：大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与结果校正１７７３
表５正极性下、ｄ＝１５ｃｍ时的离子迁移率及其校正值
Ｔａｂｌｅ５
Ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙａｎｄｉｔｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｖａｌｕｅｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅ
ｐｏｌａｒｉｔｙｗｈｅｎｄ＝１５ｃｍ
昕～耻呐／（ｍ２＾＿１）（群）昕ｗ／（ｍ：Ａ＿１）
表６负极性下、ｄ＝１５ｃｍ时的离子迁移率及其校正值
Ｔａｂｌｅ６
Ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙａｎｄｉｔｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｖａｌｕｅｉｎｎｅｇａｔｉｖｅｐｏ－
ｌａｒｉｔｙｗｈｅｎ赤１５ｃｍ
４结论
１）平行平板离子流产生与测量法是一种较好的离子迁移率测量法，它的离子流产生部分与核心测量区域相互分离，避免了电晕放电复杂物理、化学过程的干扰，原理明确，结构简单，且可以直接
测量实际工程条件下的离子迁移率，适用于输电线路离子流场的仿真计算。
２）平行平板离子流发生器中，其平行板结构的上极板是一个有着特殊要求的平板，它既要具有金属平板的使平面电位保持在同一水平的特性，又要具有空心板的让离子流自由下降的特性。金属丝
网近似满足这个条件的程度决定了平行平板离子流发生器的工作情况。
３）采用平行平板离子流发生器直接测量离子
迁移率所得到的结果往往与理论值不符，测得的离
子迁移率随着极板电压的增大而减小。从微观上看，
这是因为上极板金属丝网具有“喷泉”现象。
４）在一定的极板电压范围内（本文为６００－１
２００
Ｖ之间），采用由下极板测得的电场强度反推上极板电位方法校正测得的离子迁移率值与实际值相符。
但当极板电压超出限定范围时，上极板“喷泉”范围增大，导致上极板电荷电场分布更加复杂，平板电极问的离子流场不能再采用１维理论进行分析。
参考文献Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ
【ｌ】１
ＨｅｒｂｅｒｔＨ，ＷｉｌｌｉａｍＦ＇ＲｏｂｅｒｔＨ，ｅｔａ１．Ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ［Ｊ］Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９０，６２（２３）：１２０１—１２０９．
【２】
ＭａｓｏｎＥＡ，ＭｃＤａｎｉｅｌＥｗＴｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｐｅａｉｅｓｏｆｉｏｎｓｉｎｇａｓｅｓ［Ｍ］．
ＮｅｗＹｏｒｋ，ＵＳＡ：Ｊｏｈｎ
Ｗｉｌｅｙ，１９８８：３２－４５．
［３］刘兴华，何为，杨帆，等．空气放电中电子输运参数的计算与分析［Ｊ】．高电压技术，２０１１，３７（７）：１６１４－１６１９．
ＬＩＵＸｉｎｇｈｕａ’ＨＥ
Ｗｅｉ，ＹＡＮＧＦａｎ，ｅｔａ１．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆ
ｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｐｏｒｔ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｉｎａｉｒ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ［Ｊ］．ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ，２０１ｌ，３７（７）：１６１４—１６１９．
【４】
刘振亚．特高压直流输电工程电磁环境［Ｍ】．北京：中国电力出版
社，２００９：１３．２１．
ＬＩＵ
Ｚｈｅｎｙａ．ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＵＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｐｒｏｊｅｃｔ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃ
ＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，２００９：１３—２１．
【５】
ＭａｒｕｖａｄａＰＳ．Ｃｏｒｏｎａｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ，ＵＳＡ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｓｔｕｄｉｅｓ
Ｐｒｅｓｓ
Ｌｉｍｉｔｅｄ，
２０００：１０３－１２２．
【６】
Ａｂｄｅｌ—Ｓａｌａｍ
Ｍ，ＡＩ－Ｈａｍｏｕｚｚ．Ａｎｅｗｆｉｎｉｔｅ—ｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆ
ａｌｌ
ｉｏｎｉｚｅｄｆｉｅｌｄｉｎｃｏａｘｉａｌｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｇｅｏｍｅｔｒｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓＤ：
ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９９２，２５（１０）：１５５１－１５５５．
［７】张宇，阮江军．ＨＶＤＣ输电线路离子流场数值计算方法研究【Ｊ］
高电压技术，２００６，３２（９）：１４０．１４２．
ＺＨＡＮＧＹｕ，ＲＵＡＮ
Ｊｉａｎｇｊｕｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆ
ｉｏｎｉｚｅｄｆｉｅｌｄａｒｏｕｎｄＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉ・ｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，３２（９）：１４０・１４２．
［８］
李永明，邹岸新，徐禄文，等．特高压直流输电线路离子流场的有
限元一积分法计算【Ｊ】．高电压技术，２０１２，３８（６）：１４２８－１４３５．
ＬＩ
Ｙｕｎｇｍｉｎｇ，ＺＯＵ
Ａｎｘｉｎ，ＸＵＬｕｗｅｎ，ｅｔａ１．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
ｏｎｃｏｒｏｎａ
ｉｏ—
ｎｉｚｅｄｆｉｅｌｄｏｆＵＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ－ｉｎｔｅｇｒａｌ
ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＨｉｇｌｌＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｍｅｅｒｉｎｇ，２０１２，３８（６）：１４２８－１４３５．
【９】余世峰，阮江军，张宇，等．直流离子流场的有限元迭代计算［Ｊ】．
高电压技术，２００９，３５（４）：８９４．８９９．
ＹＵＳｈｉｆｅｎｇ，ＲＵＡＮＪｉａｎｇｊｕｎ，ＺＨＡＮＧＹｕ，ｅｔａ１．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ
ｉｔｅｍ－
ｒｉｖｅ
ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｏｆ
ｄｉｒｅｃｔ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｉｏｎｉｚｅｄ
ｆｉｅｌｄ［Ｊ］．ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，３５（４）：８９４－８９９．
【ｌＯ】孙竹森，王勤，万保权。等．４－５００ｋＶ三沪直流输电线路电磁
环境测试分析【Ｊ】．高电压技术，２００７，３３（５）：６５－６８．
ＳＵＮ
Ｚｈｕｓｅｎ，ＷＡＮＧＱｉｎ，ＷＡＮＢａｏｑｕａｎ，ｅｔａ１．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄ
ａｎａｌｙｚｅｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆ士５００ｋＶＳａｎ－ＨｕＤＣ
ｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ［Ｊ］．Ｈｉｇｈ
ＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３３（５）：
６５．６８．
［１１】李伟，张波，何金良．多回直流输电线路的离子流场计算［Ｊ】
高电压技术，２００８，３４（１２）：２７１９—２７２５．
ＬＩ
Ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧＢｏ，ＨＥＪｉｎｌｉａｎｇ．Ｉｏｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｕｌ－
ｔｉ—ｃｉｒｃｍｔＤＣ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．Ｈｉｇｈ
ＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，
３４（１２１：２７１９－２７２５．
【１２】ＡｒｓｏｎＡＧＢｏｒｔｎｉｋＪＭ．ＭｏｂｉｌｉｔｙｏｆｉｏｎｓｉｎＳＦ６［Ｃ］／／６“Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ
ＧａｓＤｉｓｃｈａｒｇｅｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ：
ＩＥＥＥ．１９８０：１６５．１６７．
１７７４
高电压技术
２０１４，４０（６）
【１３］ＷａｔｅｒｓＲｔＰｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｍｅａｎｉｏｎｎｏｂｉｌｉｔｉｅｓｉｎ
ｃｏｒｏｎａ
ｄｉｓ・ｃｈａｒｇｅｓｉｎＳＦ６ａｎｄ
ｍｉｘｔｕｒｅｓ［Ｃ］／／７“ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ
Ｇａｓ
ＤｉｓｃｈａｒｇｅｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｌｏｎｄｏｎ，Ｅｎｇｌａｎｄ：ＩＥＥＥ，１９８２：
２５１．２５４．
【１４］ＢｌａｉｒＤＡ．Ｄｒｉｆｔｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅｉｏｎｓａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｉｏｎｓｉｎｃｙｌｉｎｄ—
ｅｒ
ＳＦ６［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓＤ：ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９８９，２（３）：７５５—７５８．
【１５］ＣｒｉｔｏｎＢＨ．ＤｒｉｆｔｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｉｏｎｓｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄＳＦ６谢ｔｈａｐｐｌｉｅｄ
ｆｉｅｌｄｂｅｌｏｗｔｈｅｌｉｍｉｔｉｎｇｖａｌｕｅ［Ｃ】／／５。ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ
Ｇａｓ
Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓａｎｄ
Ｔｈｅｉｒ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｏｘｆｏｒｄ，Ｅｎｇｌａｎｄ：ＩＥＥＥ，１９７８：
２５４．２５５．
【１６］ＲａｅｔｈｅｒＡ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎａｖａｌａｎｃｈｅｓａｎｄｂｒｅａｋｄｏｗｎｉｎｇａｓｅｓ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ，
ＵＫ：Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈｓ，１９６４：４５－５９．
［１７】ＡｓｃｈｗａｎｄｅｎｔＳｗａｒｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎＳＦ６ａｎｄＳＦ６／Ｎ２ｍｉｘｔｕｒｅｓｄｅｔｅｒ－
ｍｉｎｅｄｆｒｏｍａ
ｔｉｍｅ
ｒｅｓｏｌｖｅｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｓｔｕｄｙ［Ｃ］／／４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ
Ｇａｓｅｏｕｓ
Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ．Ｋｎｏｘｖｉｌｌｅ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，
１９８４：２４．３２．
【１８］ＣｏｌｌｉｎｓＤＣ，ｌｅｅＭＬ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｓｐｅｃｔｍｍｅ－
ｔｒｙ－ｍａｓｓ
ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ【Ｊ】ＡｎａｌＢｉｏａｎａｌＣｈｅｍ，２００２，３７２（１）：６６—７３．
［１９］ＫａｎｕＡＢ，ＤｗｉｖｅｄｉＰ＇ＴａｍＭ，ｅｔａ１．Ｉｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙ－ｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅ－
廿ｙｍ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，２００８，４３（１）：１－２２．
［２０】郑跃胜．高压直流导线的电晕场特性研究【Ｄ】．清华大学，２０１２：
５６．６６．
ＺＨＥＮＧＹｕｅｓｈｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｒｏｎａｆｉｅｌｄｓａｒｏｕｎｄ
ＨＶＤＣｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ：ＴｓｉｎｇｈｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２：
５６—６６．
［２１］ＭｉｓａｋｉａｎＭ．ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＤＣｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｗｉｔｈ
ｓｐａｃｅｃｈａｒｇｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９８１，５２（５）：３１３５—３１４３．
［２２】ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＣｏｍｍｉｔｔｅｅｏｆｔｈｅＩＥＥＥＰｏｗｅｒＥｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ
Ｓｏｃｉｅｔｙ．ＩＥＥＥ
Ｓｔｄ
１２２７札２０１０
ＩＥＥＥ
ｇｕｉｄｅ
ｆｏｒｔｈｅ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＤＣｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｉｏｎｒｅｌａｔｅｄｑｕａｎｔｉｆｉｅｓ［Ｓ］，
２０】０
季一鸣
１９８９一，女，硕士生
主要从事输变电技术和电磁环境技术方面的研究工作
Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｙｉｍｉｎ９４４＠１２６．ｅｏｍ
张波
１９７６一，男，博士，副教授
主要从事输变电技术、电磁环境技术及接地等方
面的研究工作
Ｅ・ｍａｉｌ：ｓｈｉｚｂｃｎ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ
何金良
１９６６一，男，博士，教授，博导，ＩＥＥＥ
ｆｅｌｌｏｗ，
ＩＥＴｆｅｌｌｏｗ
主要从事输变电技术、电磁环境技术及电介质材
料等方面的研究工作
Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｅｊｌ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃａ
ＨＥ
Ｊｉｎｌｉａｎｇ
Ｐｈ．Ｄ．，ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＩＥＥＥｆｅｌｌｏｗＩＥＴｆｅｌｌｏｗ
收稿日期２０１４—０１．２８修回日期２０１４—０３．１０编辑程子丰
大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与结果校正
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
季一鸣， 张波， 何金良， JI Yiming， ZHANG Bo， HE Jinliang
清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,北京,100084高电压技术
High Voltage Engineering2014,40(6)
引用本文格式：季一鸣. 张波. 何金良. JI Yiming. ZHANG Bo. HE Jinliang 大气条件下离子迁移率测量装置的结构分析与结果校正[期刊论文]-高电压技术 2014(6)