一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法技术

本发明专利技术公开了一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法，其利用有限元法计算输电线路

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法


[0001]本专利技术属于高电压与绝缘
，具体涉及一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法。

技术介绍

[0002]空气间隙是高压输电线路的主要外绝缘形式，其放电电压是输电工程外绝缘设计的主要依据。目前，放电电压的确定主要依靠成本高、周期长的放电试验，根据试验数据拟合放电电压与间隙距离的经验公式。然而，仅通过间隙距离难以有效表征输电线路杆塔间隙的三维空间结构，经验公式的适用范围有限，难以推广至各类复杂工程间隙结构。间隙结构与静电场分布一一对应，通过信息更丰富的空间电场分布描述输电线路杆塔间隙结构，构建参数化的电场分布特征集，有望为建立间隙结构与放电电压的关联性、实现工程间隙的绝缘强度预测提供可行方法。
[0003]目前，对空气间隙的电场分布表征方法已有相关研究。例如，在“一种棒
‑
板间隙结构的电场表征方法”(ZL 201810069950.8)、“一种用于表征球隙电场分布的最短路径特征集”(ZL 201810070448.9)等已公开的技术中已经提出了用以棒
‑
板间隙、球隙等典型结构空气间隙的电场表征方法。现有技术从空气间隙两电极之间的最短路径上定义与电场分布相关的特征量，并将其作为机器学习模型的输入参数，用以典型结构空气间隙的击穿电压预测。然而，对于实际工程中结构复杂的输电线路杆塔空气间隙，若采用上述公开技术提出的最短路径电场特征集，则无法全面反映影响间隙放电的导线、横担、塔身等复杂电极结构及由其决定的空间电场分布。为了实现间隙结构的合理表征，除了采用最短路径上的电场特征量之外，还需进一步在导线与均压环构成的高压电极和杆塔塔身或横担构成的接地电极之间定义特征提取场域，形成适用于输电线路杆塔间隙结构的电场分布特征集。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足与难题，本专利技术旨在提供一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法，为合理表征复杂工程间隙的三维空间结构，并进一步实现输电工程外绝缘间隙的放电电压预测提供基础特征参数。
[0005]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法，其特征在于，根据输电线路杆塔间隙结构尺寸建立三维仿真模型，对导线、均压环、线夹、绝缘子高压侧金具等电极施加高电位U，对杆塔塔身与横担等接地电极施加零电位，利用有限元法计算输电线路
‑
杆塔空气间隙的静电场分布，定义电场分布特征提取路径与提取场域，分别从中提取特征量。
[0007]以面向杆塔塔身或横担一侧的导线(含线夹)或均压环表面电场强度最大值所在位置为起点，以杆塔塔身或横担距离高压电极最近的一条平行线上的电场强度最大值所在位置为终点，将两点的连线作为电场特征提取路径。将该路径选取n个采样点，将其等分为n
‑
1段，通过后处理提取每个采样点的电场强度E
i
、每一段的平均电场强度E
ia
及其平方值W
i
(1≤i≤n)，以及相应的坐标位置作为原始数据，在该路径上采用54个物理量或数学量表征输电线路杆塔空气间隙的空间电场，具体包括：
[0008]电场强度最大值E
max
及其x、y、z方向分量E
xem
、E
yem
、E
zem
；x、y、z方向上的最大值E
xm
、E
ym
、E
zm
；最小值E
min
；中位数E
Mid
；平均值E
ave
与x、y、z方向上的平均值E
xa
、E
ya
、E
za
；方差E
std2
与标准差E
std
；变异系数C
v
；畸变率E
d
；
[0009]电场梯度最大值E
gm
、最小值E
gn
、平均值E
ga
、中位数E
gM
；
[0010]E
max
与E
ave
之比f与x、y、z方向的f
x
、f
y
、f
z
；E
min
与E
max
之比f
n
；E
yem
与E
xem
之比tan
zm
，E
yem
与E
zem
之比tan
xm
，E
zem
与E
xem
之比tan
ym
；
[0011]电场强度平方和W
e
及其平均值W
ea
；E
ia
>c
·
E
max
(c＝0.9、0.75)线段上的电场强度平方和与W
e
的比值E
rsc
；
[0012]E
ia
>E
Mid
线段上的电场强度积分V
M
及其与施加电压U的比值V
rM
；E
ia
>E
ave
线段上的电场强度积分V
a
及其与U的比值V
ra
；
[0013]W
i
>c
·
W
e
的线段长度L
sc
及其与间隙距离d的比值L
rsc
；E
ia
>c
·
E
max
的线段长度L
Ec
及其与d的比值L
rEc
；E
g
>c
·
E
gm
的线段长度L
gc
及其与d的比值L
rgc
；E
max
、E
xm
、E
ym
、E
zm
、E
Mid
所在位置到高压电极端的距离L
Em
、L
Exm
、L
Eym
、L
Ezm
、L
EM
。
[0014]以面向杆塔塔身或横担一侧的导线或均压环上的电场强度最大值所在位置为顶点，顶角为θ，底面为电位等于x
·
U的等位面构成的锥形场域作为电场特征提取场域。该场域内的网格单元共m个，通过后处理提取每一个网格单元的电场强度E
j
及其体积V
j
作为原始数据(1≤j≤m)，在该场域内采用19个物理量或数学量表征输电线路杆塔空气间隙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法，其特征在于，所述方法具体为：根据输电线路杆塔间隙结构尺寸建立三维仿真模型；对导线、均压环、线夹、绝缘子高压侧金具等电极施加高电位U，对杆塔塔身与横担等接地电极施加零电位；利用有限元法计算输电线路
‑
杆塔空气间隙的静电场分布，定义电场分布特征提取路径与提取场域，分别从中提取特征量；以面向杆塔塔身或横担一侧的含线夹部分的导线或均压环表面电场强度最大值所在位置为起点，以杆塔塔身或横担距离高压电极最近的一条平行线上的电场强度最大值所在位置为终点，将两点的连线作为电场分布特征提取路径；以面向杆塔塔身或横担一侧的导线或均压环上的电场强度最大值所在位置为顶点，顶角为θ，底面为电位等于x
·
U的等位面构成的锥形场域作为电场分布特征提取场域。2.根据权利要求1所述的一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法，其特征在于：将电场分布特征提取路径等分为n段，通过后处理提取每个采样点的电场强度E
i
、每一段的平均电场强度E
ia
及其平方值W
i
，其中1≤i≤n，以及相应的坐标位置作为原始数据，在该路径上采用54个物理量或数学量表征输电线路杆塔空气间隙的空间电场，具体包括：电场强度最大值E
max
及其x、y、z方向分量E
xem
、E
yem
、E
zem
；x、y、z方向上的最大值E
xm
、E
ym
、E
zm
；最小值E
min
；中位数E
Mid
；平均值E
ave
与x、y、z方向上的平均值E
xa
、E
ya
、E
za
；方差E
std2
与标准差E
std
；变异系数C
v
；畸变率E
d
；电场梯度最大值E
gm
、最小值E
gn
、平均值E
ga
、中位数E
gM
；E
max
与E
ave
之比f与x、y、z方向的f
x
、f
y
、f
z
；E
min
与E
max
之比f
n
；E
yem
与E
xem
之比tan
zm
，E
yem
与E
zem
之比tan
xm
，E
zem
与E
xem
之比tan
ym
；电场强度平方和W
e
及其平均值W
ea
；E
ia
>c
·
E
max
线段上的电场强度平方和与W
e
的比值E
rsc
，其中c＝0.9、0.75；E
ia
>E
Mid
线段上的电场强度积分V
M
及其与施加电压U的比值...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志斌，张楼行，廖才波，侯华胜，朱雄剑，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：