一种直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法技术

本发明专利技术涉及输电线路带电作业技术，具体涉及一种直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法，将高压导线与悬浮导体之间的空气间隙定义为第一间隙，将悬浮直升机与接地体之间的空气间隙定义为第二间隙。通过静电场一次计算并提取电场特征集，输入支持向量分类机进行放电电压一次预测，确定哪个间隙先击穿及其放电电压值；根据击穿后的电位变化情况进行静电场二次计算及电场特征提取，采用支持向量分类机进行放电电压二次预测，确定后放电间隙的放电电压值；比较先、后放电两个间隙的放电电压值，取较大者作为直升机带电作业组合空气间隙的放电电压预测值。该方法能替代放电试验，节省试验成本，可为获取直升机带电作业的最小安全距离提供指导。

A method for predicting discharge voltage of combined air gap in live working of helicopters

The invention relates to live operation technology of transmission line, in particular to a method for predicting discharge voltage of air gap in helicopter live operation combination, which defines the air gap between high voltage conductor and suspended conductor as the first gap, and the air gap between suspended helicopter and ground body as the second gap. Through one-time calculation of electrostatic field and extraction of electric field feature set, input support vector classifier to predict discharge voltage, determine which gap first breakdown and its discharge voltage value; according to the potential changes after breakdown, secondary calculation of electrostatic field and electric field feature extraction, using support vector classifier to discharge voltage Secondary prediction is used to determine the discharge voltage value of the discharge gap after discharge. Comparing the discharge voltage value of the first and second discharge gaps, the larger one is taken as the discharge voltage prediction value of the air gap of the helicopter live operation combination. This method can replace discharge test, save test cost, and provide guidance for obtaining the minimum safe distance of helicopter live operation.

【技术实现步骤摘要】
一种直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法
本专利技术属于输电线路带电作业
，尤其涉及一种直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法。
技术介绍
带电作业是输电线路检测、检修和改造的重要手段，直升机带电作业可降低作业人员的体力消耗、提高作业效率，已成为超/特高压输电线路运行维护的重要措施。目前，我国特高压输电工程已广泛投运，采用直升机对特高压输电线路进行带电作业及检修维护已成为一项重要的技术手段。平台作业法是目前普遍采用的直升机带电作业方法，一般是在直升机的机腹位置安装工作平台，作业人员乘坐在平台上直接接触带电导线并进行等电位作业。当开展平台法直升机带电作业时，在进入等电位的过程中，直升机和作业人员作为悬浮电位体处于带电导线和接地体之间的电场中，组成高压导线-直升机-接地体之间的组合空气间隙。为了保证作业安全，需研究直升机带电作业过程中直升机与带电导线、接地体之间应保持的最小安全间隙距离，也即最低放电电压所对应的组合间隙配置。目前，国内外主要通过模拟典型作业工况开展组合间隙放电试验，获取带电作业的最小安全间隙距离。由于试验研究存在代价高、周期长的问题，部分学者开展了带电作业组合空气间隙放电机理研究，并提出了一些放电电压计算方法，这些方法大都是在Rizk模型(“EffectoffloatingconductingobjectsoncriticalswitchingimpulseBreakdownofairinsulation”，IEEETransactionsonPowerDelivery，1995年第10卷第3期)的基础上进行适当改进所得到的，由于Rizk模型是对典型间隙开展试验并基于放电机理和一些简化假设所得到的半经验模型，对于不同电极结构和间隙布置、不同作业工况下的组合间隙放电电压计算，Rizk模型的适用性有限，无法满足实际工程应用，难以实现直升机带电作业组合空气间隙的放电电压计算。因此，开展组合空气间隙放电电压预测研究并提出一种行之有效的放电电压预测方法，可为确定直升机带电作业的最小安全距离和组合间隙配置提供理论依据，同时有助于减少试验工作量和试验费用，对于指导直升机带电作业应用于超/特高压输电线路的运维检修具有重要的工程意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过仿真计算替代模拟试验，获得不同间隙配置下的高压导线-直升机-接地体组合空气间隙的放电电压，从而得到直升机带电作业的最小安全距离的方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法，包括以下步骤：步骤1、将高压导线与悬浮直升机和作业人员之间的空气间隙定义为第一间隙，将悬浮直升机和作业人员与接地体之间的空气间隙定义为第二间隙；步骤2、通过静电场一次计算及放电电压一次预测，确定先击穿的间隙及其放电电压值；步骤3、通过静电场二次计算及放电电压二次预测，确定后放电间隙的放电电压值；步骤4、通过比较先、后放电两个间隙的放电电压值，得到直升机带电作业组合空气间隙的整体放电电压预测值。在上述的直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法中，预测方法的具体实现包括以下步骤：步骤2.1、建立直升机带电作业工况下的组合空气间隙三维有限元仿真模型，对高压导线施加高电位，对接地体和截断空气边界施加零电位，对悬浮直升机和作业人员进行电位自由度耦合，进行静电场一次计算；步骤2.2、根据静电场一次计算结果，分别定义第一间隙和第二间隙的放电通道及最短路径，提取第一间隙和第二间隙放电通道及最短路径的电场特征集，将其作为输入参量，采用支持向量分类机模型分别对第一间隙和第二间隙的放电电压值进行一次预测；若第一间隙的放电电压预测值小于第二间隙的放电电压预测值，则第一间隙先被击穿，进行步骤2.3；若第一间隙的放电电压预测值大于第二间隙的放电电压预测值，则第二间隙先被击穿，进入步骤2.4；步骤2.3、第一间隙击穿后，悬浮直升机和作业人员与高压导线等电位，根据第一间隙击穿后的电位变化对直升机和带电作业人员施加高电位，进行静电场二次计算，提取第二间隙的电场特征集并将其作为输入参量，采用支持向量分类机模型对第二间隙的放电电压进行二次预测；比较一次计算中第一间隙的放电电压预测值和二次计算中第二间隙的放电电压预测值，取较大者作为直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测值；步骤2.4、第二间隙击穿后，直升机和带电作业人员与接地体等电位，根据击穿后的电位变化对直升机和带电作业人员施加零电位，进行静电场二次计算，提取第一间隙的电场特征集并将其作为输入参量，采用支持向量分类机模型对第一间隙的放电电压进行二次预测，比较一次计算中第二间隙的放电电压预测值和二次计算中第一间隙的放电电压预测值，取较大者作为直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测值。在上述的直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法中，高压导线采用高压分裂导线结构，接地体采用单根导线。在上述的直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法中，第一间隙的放电通道指作业人员与高压导线之间的空间区域，第一间隙的最短路径指作业人员与距其最近的高压分裂导线子导线之间的直线路径；第二间隙的放电通道指直升机主旋翼端部与接地体之间的空间区域，第二间隙的最短路径指直升机主旋翼端部到接地体最近距离的直线路径。在上述的直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法中，电场特征集包括电场强度、电场梯度、电场能量、电场不均匀度。在上述的直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法中，支持向量分类机模型需要根据第一间隙和第二间隙的结构特点，选择典型电极间隙或工程间隙结构作为训练样本集对其进行训练得到。在上述的直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法中，预测方法适用于500kV及以上电压等级输电线路平台法直升机带电作业组合空气间隙在不同间隙配置下的放电电压预测。本专利技术的有益效果是：1、采用数值计算方法与机器学习算法相结合，通过智能预测得到直升机带电作业组合空气间隙的放电电压，大幅节省了试验研究所需的人力物力成本，可为获取直升机带电作业的最小安全距离提供理论指导。2、相比于Rizk模型等现有的组合间隙放电电压计算方法，本专利技术提供的预测方法适用于间隙结构复杂的直升机带电作业组合空气间隙，能够应用于实际工况下不同间隙配置的放电电压预测。附图说明图1为本专利技术一个实施例的直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法流程图；图2为本专利技术一个实施例的平台法直升机带电作业模拟试验布置示意图；图3为本专利技术一个实施例的平台法直升机带电作业组合空气间隙三维有限元模型示意图；图4为本专利技术一个实施例的直升机带电作业组合空气间隙静电场一次计算结果图；图5为本专利技术一个实施例的直升机带电作业组合空气间隙放电通道与最短路径示意图；图6为本专利技术一个实施例的直升机带电作业第一间隙和第二间隙的放电电压一次预测结果图；图7为本专利技术一个实施例的直升机带电作业组合空气间隙静电场二次计算结果图；图8为本专利技术一个实施例的直升机带电作业组合空气间隙放电电压一次预测和二次预测结果对比图；图9为本专利技术一个实施例的直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测值与试验值对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。本实施例采用如下技术方案来实现，一种直升机带电作业组合空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、将高压导线与悬浮直升机和作业人员之间的空气间隙定义为第一间隙，将悬浮直升机和作业人员与接地体之间的空气间隙定义为第二间隙；步骤2、通过静电场一次计算及放电电压一次预测，确定先击穿的间隙及其放电电压值；步骤3、通过静电场二次计算及放电电压二次预测，确定后放电间隙的放电电压值；步骤4、通过比较先、后放电两个间隙的放电电压值，得到直升机带电作业组合空气间隙的整体放电电压预测值。

【技术特征摘要】
1.一种直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、将高压导线与悬浮直升机和作业人员之间的空气间隙定义为第一间隙，将悬浮直升机和作业人员与接地体之间的空气间隙定义为第二间隙；步骤2、通过静电场一次计算及放电电压一次预测，确定先击穿的间隙及其放电电压值；步骤3、通过静电场二次计算及放电电压二次预测，确定后放电间隙的放电电压值；步骤4、通过比较先、后放电两个间隙的放电电压值，得到直升机带电作业组合空气间隙的整体放电电压预测值。2.如权利要求1所述的直升机带电作业组合空气间隙放电电压预测方法，其特征是，预测方法的具体实现包括以下步骤：步骤2.1、建立直升机带电作业工况下的组合空气间隙三维有限元仿真模型，对高压导线施加高电位，对接地体和截断空气边界施加零电位，对悬浮直升机和作业人员进行电位自由度耦合，进行静电场一次计算；步骤2.2、根据静电场一次计算结果，分别定义第一间隙和第二间隙的放电通道及最短路径，提取第一间隙和第二间隙放电通道及最短路径的电场特征集，将其作为输入参量，采用支持向量分类机模型分别对第一间隙和第二间隙的放电电压值进行一次预测；若第一间隙的放电电压预测值小于第二间隙的放电电压预测值，则第一间隙先被击穿，进行步骤2.3；若第一间隙的放电电压预测值大于第二间隙的放电电压预测值，则第二间隙先被击穿，进入步骤2.4；步骤2.3、第一间隙击穿后，悬浮直升机和作业人员与高压导线等电位，根据第一间隙击穿后的电位变化对直升机和带电作业人员施加高电位，进行静电场二次计算，提取第二间隙的电场特征集并将其作为输入参量，采用支持向量分类机模型对第二间隙的放电电压进行二次预测；比较一次计算中第一间隙的放...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志斌，阮江军，金颀，刘超，王学宗，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42