[發(fā)明專利]輸電系統(tǒng)長(zhǎng)氣隙先導(dǎo)通道熱力學(xué)特性時(shí)空演化模擬方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110995755.X
• 申請(qǐng)日: 2021-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN113688525A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王平;肖智勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G16C10/00;G01R31/12;G06F119/08
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

本發(fā)明公開了一種輸電系統(tǒng)長(zhǎng)氣隙先導(dǎo)通道熱力學(xué)特性時(shí)空演化模擬方法，包括以下步驟：S110:進(jìn)行長(zhǎng)空氣間隙正極性操作沖擊放電試驗(yàn)，獲取相關(guān)物理參數(shù)；S120:建立先導(dǎo)通道折射率與溫度關(guān)系模型；獲得不同試驗(yàn)條件下的先導(dǎo)起始臨界溫度及先導(dǎo)發(fā)展階段溫度場(chǎng)時(shí)空演化規(guī)律；S130：通過使用環(huán)形模擬電荷等效流注區(qū)域空間電荷，配置模擬電荷在電場(chǎng)線上來建立空間電荷計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)流注區(qū)內(nèi)空間電荷總量的計(jì)算；分析放電通道溫度場(chǎng)與先導(dǎo)頭部流注區(qū)電離產(chǎn)生電荷注入先導(dǎo)通道電荷量之間的關(guān)系，從而建立先導(dǎo)放電熱膨脹模型。本發(fā)明能夠改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足，確定不同曲率半徑電極先導(dǎo)起始臨界溫度及影響因素，對(duì)于研究放電機(jī)理和優(yōu)化外絕緣設(shè)計(jì)具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及長(zhǎng)間隙放電仿真模擬技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種輸電系統(tǒng)長(zhǎng)氣隙先導(dǎo)通道熱力學(xué)特性時(shí)空演化模擬方法。

背景技術(shù)

研究長(zhǎng)空氣間隙放電機(jī)理對(duì)于優(yōu)化輸電系統(tǒng)的外絕緣設(shè)計(jì)和防雷設(shè)計(jì)具有重要意義。先導(dǎo)放電是維持長(zhǎng)間隙放電發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是長(zhǎng)間隙擊穿的主導(dǎo)過程，獲取其發(fā)展過程關(guān)鍵參數(shù)對(duì)研究長(zhǎng)間隙放電機(jī)理具有重要意義。由于熱特性是先導(dǎo)放電熱電離的重要特征量，因此研究學(xué)者逐漸將先導(dǎo)放電的研究重點(diǎn)聚焦到其熱特性上。

傳統(tǒng)定標(biāo)紋影技術(shù)作為目前測(cè)量先導(dǎo)溫度場(chǎng)的常用光學(xué)測(cè)溫法，有其觀測(cè)范圍較小的局限性，背景紋影技術(shù)理論層面上的大觀測(cè)范圍、高測(cè)量準(zhǔn)確度及強(qiáng)抗干擾優(yōu)點(diǎn)為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供了廣大前景，但實(shí)際測(cè)量先導(dǎo)放電通道溫度場(chǎng)時(shí)需要同時(shí)兼顧高空間分辨率和高時(shí)間分辨率這兩個(gè)要素。目前普遍采用的高速攝影技術(shù)保證了放電圖像的高時(shí)間分辨率，但同時(shí)也限制了圖像的空間分辨率，無法提供放電通道的細(xì)節(jié)信息。因此，需要設(shè)計(jì)搭建一套實(shí)用性背景紋影觀測(cè)平臺(tái)，優(yōu)化配置放電間隙距離、高速相機(jī)焦距、背影粒子密度及大小等全體系光路系統(tǒng)，探明背景紋影成像規(guī)律，在滿足時(shí)間和空間要素前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)先導(dǎo)通道整體溫度場(chǎng)的全“面”顯示。

先導(dǎo)通道的非軸對(duì)稱性發(fā)展特征，導(dǎo)致現(xiàn)有Abel逆變換算法無法適用于先導(dǎo)放電折射率徑向分布計(jì)算，且忽略了邊界積分奇點(diǎn)問題，溫度場(chǎng)計(jì)算精度無法保證；先導(dǎo)放電通道氣體溫度升高和溫度場(chǎng)發(fā)展是一個(gè)包含電學(xué)和熱流體動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜時(shí)變過程，當(dāng)前普遍采用溫度的反演算法同時(shí)忽略了帶電粒子的瞬時(shí)碰撞、遷移和擴(kuò)散等過程，且在先導(dǎo)階起始階段忽略帶電粒子對(duì)折射率的貢獻(xiàn)，造成仿真及測(cè)量數(shù)據(jù)存在較大誤差。因此，需要根據(jù)先導(dǎo)不同溫度階段帶電粒子的運(yùn)動(dòng)及密度變化情況修正溫度反演模型。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種輸電系統(tǒng)長(zhǎng)氣隙先導(dǎo)通道熱力學(xué)特性時(shí)空演化模擬方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，確定不同曲率半徑電極先導(dǎo)起始臨界溫度及影響因素，對(duì)于研究放電機(jī)理和優(yōu)化外絕緣設(shè)計(jì)具有重要意義。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。

一種輸電系統(tǒng)長(zhǎng)氣隙先導(dǎo)通道熱力學(xué)特性時(shí)空演化模擬方法，包括以下步驟：

S110:進(jìn)行長(zhǎng)空氣間隙正極性操作沖擊放電試驗(yàn)，高速拍攝放電通道背景紋影圖像并同步采集瞬時(shí)光功率和空間電場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)，獲取放電發(fā)展路徑、光功率、場(chǎng)強(qiáng)躍升幅值參數(shù)；

S120:建立適用于先導(dǎo)溫度場(chǎng)反演的Abel逆變換優(yōu)化算法，基于不同溫度和電離程度下粒子密度對(duì)折射率的貢獻(xiàn)程度，建立先導(dǎo)通道折射率與溫度關(guān)系模型；配合光功率和空間場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)，獲得不同試驗(yàn)條件下的先導(dǎo)起始臨界溫度及先導(dǎo)發(fā)展階段溫度場(chǎng)時(shí)空演化規(guī)律；

S130：通過使用環(huán)形模擬電荷等效流注區(qū)域空間電荷，配置模擬電荷在電場(chǎng)線上來建立空間電荷計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)流注區(qū)內(nèi)空間電荷總量的計(jì)算；分析放電通道溫度場(chǎng)與先導(dǎo)頭部流注區(qū)電離產(chǎn)生電荷注入先導(dǎo)通道電荷量之間的關(guān)系，從而建立先導(dǎo)放電熱膨脹模型。