[發明專利]一種大尺寸電極初始流注階段空間電荷動態分布計算方法

有效

• 申請號: 202110982515.6
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113671375B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 耿江海;陳雅茜;律方成
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

1.一種大尺寸電極初始流注階段空間電荷動態分布計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1)搭建正極性操作沖擊下大尺寸電極放電過程高電位電流、空間電場強度聯合監測平臺，采集放電過程高電位電流i(t)和空間電場強度E(t)數據；

S2)對所述高電位電流i(t)中的放電電流i_f(t)進行分時積分，獲得初始流注階段各時刻注入正電極端自由電荷增量ΔQ_f(t)；

S3)統計初始流注階段各時刻空間電場強度躍升增量ΔE(t)，根據電荷守恒原理獲得各時刻空間電荷增量ΔQ_s(t)導致的電場強度躍升增量ΔE_s(t)；

S4)利用模擬電荷法反演各時刻空間電荷分布情況，獲得正極性大尺寸電極放電初始流注階段空間電荷動態分布變化規律；

步驟S1)中所述正極性操作沖擊下大尺寸電極放電過程高電位電流、空間電場強度聯合監測平臺包括大尺寸-板電極(1)、高電位電流測量系統(2)和空間電場強度測量系統，其中：

所述大尺寸-板電極(1)包括大尺寸電極(1-1)和板電極(1-2)，所述大尺寸電極(1-1)與所述板電極(1-2)之間形成長空氣間隙，所述大尺寸電極(1-1)為高電位且所述板電極(1-2)為低電位，用于放電擊穿長空氣間隙；

所述高電位電流測量系統(2)包括依次連接的采樣電阻、NI數據采集卡、電-光-電轉換裝置、同軸光纖以及計算機端(4)，在間隙放電過程中，所述采樣電阻將流經間隙的高電位電流信號轉化為電壓信號，由所述NI數據采集卡對所述電壓信號進行采集，通過所述電-光-電轉換裝置，由所述同軸光纖將信號傳輸至所述計算機端(4)，所述計算機端(4)利用計算機軟件讀取和分析所述高電位電流測量系統傳輸過來的高電位電流數據；

所述空間電場強度測量系統包括光電集成電場傳感器(3)、保偏光纖，所述光電集成電場傳感器(3)通過所述保偏光纖與示波器(5)電性連接，所述光電集成電場傳感器(3)以Mach-Zehnder干涉儀為基本結構，根據鈮酸鋰LiNbO3晶體的光電效應進行大尺寸電極長間隙放電的空間電場強度測量，并通過所述保偏光纖將光信號傳送至所述示波器(5)，所述示波器(5)用于收集和儲存空間電場強度數據；

所述高電位電流測量系統(2)串聯在放電間隙高壓側，光電集成電場傳感器(3)放置高度位于放電間隙內部；

步驟S2)所述對所述高電位電流i(t)中的放電電流i_f(t)進行分時積分，獲得初始流注階段各時刻注入正電極端自由電荷增量ΔQ_f(t)，具體包括：

計算所述高電位電流i(t)中的容性位移電流i_d(t)：

其中，C_g表示放電電極間的幾何電容，u(t)表示外施電壓，t表示不同時刻；

計算放電電流i_f(t)為：

i_f(t)＝i(t)-i_d(t)；

在初始流注階段對放電電流i_f(t)在不同時刻單位時間Δt內進行積分獲得各時刻注入自由電荷增量ΔQ_f(t)：

步驟S3)所述統計初始流注階段各時刻空間電場強度躍升增量ΔE(t)，根據電荷守恒原理獲得各時刻空間電荷增量ΔQ_s(t)導致的電場強度躍升增量ΔE_s(t)，具體包括：

在初始流注階段空間電場強度躍升由空間滯留的正電荷和外施電壓的增加產生，計算各時刻空間電荷增量ΔQ_s(t)導致的電場強度躍升增量ΔE_s(t)：

ΔE_s(t)＝ΔE(t)-ΔE_e(t)；

其中，ΔE(t)表示各時刻空間電場強度躍升增量，ΔE_e(t)表示各時刻外施電壓產生的電場強度躍升；

初始流注階段，強烈碰撞電離產生大量正電荷和自由電子，正電荷相對自由電子質量較大，向負極板移動緩慢，而自由電子質量較輕，在電場力的作用下快速通過流注絲匯聚于流注絲根部即流注莖后迅速注入正電極端，空間滯留的正電荷，導致空間電場強度迅速躍升，根據電荷守恒原理，各時刻空間電荷增量ΔQ_s(t)與注入自由電荷增量ΔQ_f(t)相等，則獲得各時刻空間電荷增量ΔQ_s(t)導致的電場強度躍升增量ΔE_s(t)：

ΔQ_s(t)＝ΔQ_f(t)，

其中，ε表示介電常數，取值為8.85×10-12F/m，R表示初始流注頭部到光電集成電場傳感器的距離。

2.根據權利要求1所述的大尺寸電極初始流注階段空間電荷動態分布計算方法，其特征在于，步驟S4)所述利用模擬電荷法反演各時刻空間電荷分布情況，獲得正極性大尺寸電極放電初始流注階段空間電荷動態分布變化規律，具體包括：

根據計算得到的所述各時刻空間電荷增量ΔQ_s(t)，在放電間隙內部配置模擬電荷的數量和位置，使用模擬電荷法等效計算空間電場強度模擬增量ΔE_s'(t)與試驗獲得的所述各時刻空間電場強度增量ΔE_s(t)進行匹配，實時調整模擬電荷的位置以及數量，從而獲得空間電荷動態分布規律。