[發(fā)明專利]一種絕緣油中流注放電三維動態(tài)演化過程的數(shù)值模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410380049.4
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104199717B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張冠軍;李元;穆海寶;朱明曉;魏艷慧;鄧軍波;張偉政;李智敏
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 徐文權(quán)

1.一種絕緣油中流注放電三維動態(tài)演化過程的數(shù)值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立絕緣油中三維放電模型：首先確立絕緣油中放電電極結(jié)構(gòu)，然后利用繪圖軟件繪制絕緣油中放電電極結(jié)構(gòu)，確定放電電極的形狀尺寸、電極曲率半徑以及不同介質(zhì)區(qū)域，設(shè)定求解域和邊界；

2)建立描述絕緣油中放電物理過程的電流體動力學(xué)模型：具體地說，包括以下控制方程組：

∂ρp∂t+▿·(ρpμpE→)=GI(|E→|)+ρpρeRpee+ρpρnRpne---(1)]]>

∂ρn∂t-▿·(ρnμnE→)=ρeτa-ρpρnRpne---(2)]]>

∂ρe∂t-▿·(ρeμeE→)=-GI(|E→|)-ρpρeRpee-ρeτa---(3)]]>

∂T∂t+v·▿T=1ρlcv(kT▿2T+E→·J→)---(5)]]>

式中：為拉普拉斯運算符；

ρ_p、ρ_n和ρ_e分別是放電空間的正離子、負(fù)離子和電子的密度；

μ_p、μ_n和μ_e分別為放電空間的正離子、負(fù)離子和電子的遷移率；

t表示絕緣油中的放電時間；

表示絕緣油中電荷密度產(chǎn)生速率源項；

ε表示介電常數(shù)，ε＝ε₀ε_r，ε₀為真空介電常數(shù)，ε_r為相對介電常數(shù)；

e為電子電量；

為電場電位；

為電場強度；

R_pe與R_pn分別表示放電空間的正離子-電子復(fù)合率與正-負(fù)離子復(fù)合率；

τ_a表示絕緣油中電子吸附時間；

T、v、ρ_l、c_v和k_T分別為絕緣油的溫度、流動速度、密度、比熱和熱導(dǎo)系數(shù)；

用項來反映在高電場下帶電粒子運動所產(chǎn)生的焦耳熱，其中為電流密度，

其中，電荷密度產(chǎn)生速率源項的計算公式如下：

GI(|E→|)=e2n0a|E→|hexp(-π2m*aIP(E→)2eh2|E→|)---(6)]]>

式中：h表示普朗克常量；

a為絕緣油的分子間距；

m*表示絕緣油中的有效電子質(zhì)量；

n₀表示可被電離的分子基團數(shù)密度；

表示液體電介質(zhì)的電離能函數(shù)，Δ₀和γ為電離能函數(shù)參數(shù)，其中，Δ₀表示絕緣油分子本征電離能，γ表示電離能估計修正系數(shù)；

3)確定步驟2)中控制方程組的物理量參數(shù)，包括放電空間的正離子-電子復(fù)合率R_pe、正-負(fù)離子復(fù)合率R_pn、正離子遷移率μ_p、負(fù)離子遷移率μ_n、電子遷移率μ_e以及絕緣油中電子吸附時間τ_a；

4)設(shè)定步驟1)中所確定的求解域中的物理擾動點，設(shè)置的物理擾動點包括絕緣油介電常數(shù)變化、絕緣油密度不均勻以及局部電離能變化；

5)確定步驟1)中所述的絕緣油放電區(qū)域仿真邊界條件：對電極與絕緣油接觸邊界、遠(yuǎn)場邊界以及連續(xù)邊界進行標(biāo)定；

其中，對電極與絕緣油接觸邊界、遠(yuǎn)場邊界以及連續(xù)邊界進行標(biāo)定，具體如下：

a)對于泊松方程(4)，高壓電極設(shè)定為高電壓激勵，電壓形式為脈沖、直流或交流，地電極的電位設(shè)定為零，對于計算區(qū)域的各個面邊界取零電荷邊界條件n·D＝0；

b)對于三個流體方程(1)、(2)及(3)，高壓電極與地電極均取對流擴散條件計算區(qū)域的各個面邊界取零電荷邊界條件n·N＝0，其中N＝ρμE；

c)對于熱傳導(dǎo)方程(5)，計算區(qū)域的各個面邊界均取熱絕緣邊界

6)對步驟1)和4)中所述的求解域和邊界進行網(wǎng)格剖分：不同求解域和邊界設(shè)定網(wǎng)格參數(shù)，包括最大單元尺寸、單元增長率和網(wǎng)格劃分方法；

7)結(jié)合步驟5)對步驟1)中的方程組進行數(shù)值求解：利用有限元仿真軟件對油中放電模型進行求解，估計計算時間、設(shè)定時間步長和誤差容忍度；

8)對步驟7)得到的計算結(jié)果進行處理，得到流注放電電場強度、粒子濃度分布特征和流注分叉行為的動態(tài)演化動態(tài)。