随着我国能源互联网的发展,高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)工程面临着新的发展机遇和挑战,HVDC运行过程中电晕放电导致的离子流场问题(包括合成场强和离子流密度)引起了更为广泛的关注。为了深入探究离子流场的分布特性、线路参数变化和外界环境因素对离子流场的影响规律,本文基于有限元法建立了直流线路离子流场的二维数值计算模型,对高压直流输电线路的前期设计与运行过程中的评估具有一定的意义,本文主要研究工作如下:(1)在高压直流输电线路离子流场的数值计算模型基础上,在COMSOL Multiphysics中利用“稀物质传递”与“静电场”模块耦合建立二维离子流场的仿真计算模型。为了实现模型的高效精确计算,本文在建模过程着重考虑了以下几点:①在导线表面网格划分细致,远离导线处网格逐渐稀疏;②使用直接求解器求解刚度矩阵;③利用优化求解对导线表面电荷密度进行修正。并将本文计算结果与实验测量值进行对比来验证仿真模型的可行性。(2)直流导线附近的离子流场主要受导线自身结构参数和外界环境因素的影响。首先重点分析了导线结构参数和粗糙系数对离子流场的影响。计算结果表明,与极间距和分裂间距相比,控制导线距地高度可有效改善直流线路下方离子流场问题。随着导线表面粗糙系数降低,合成场强和离子电流密度略有增大。最后,着重分析了横向风的存在对空间电荷的分布、地面合成场强和离子流场密度的影响。(3)利用建立的离子流场模型计算了高压直流线路附近存在建筑物时的合成电场。首先计算了直流线路临近建筑物时的实验模型,计算结果与实测结果之间有较好的吻合度。然后通过计算,分析了直流输电线路临近建筑物时的电场和空间电荷的分布特性,以及建筑物的结构参数和风速对建筑物附近合成电场分布的影响规律。