正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法技术

本发明专利技术公开了一种正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法，包括以下步骤：S110:搭建光电联合观测平台，进行正极性操作冲击长气隙放电试验，获取正极性操作冲击下长气隙放电光、电特征参数，构成研究样本集；S120:对采集到的研究样本集进行时间节点对齐，绘制相同时间尺度下长间隙放电过程光功率、空间电场、电极施加电压变化波形图；S130：建立光电离流注起始判据；S140：将流注起始时延划分为升压时延和有效电子统计时延两部分；S150：生成临界体积内自由电子产生频率公式；S160：分析气压对负离子密度、负离子寿命，临界体积增长率的影响规律。本发明专利技术能够改进现有技术的不足，揭示了不同海拔高度对长气隙放电流注起始时延的影响规律。注起始时延的影响规律。注起始时延的影响规律。

【技术实现步骤摘要】
正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法


[0001]本专利技术涉及长空气间隙放电观测分析
，尤其是一种正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法。

技术介绍

[0002]近年来随着我国对中西部地区能源开发力度的逐渐增大，特高压交直流输变电工程已经成为电能输送的主要途径，其中很多输变电工程所处环境海拔超过4000m。随着海拔的升高，空气密度降低将会导致空气间隙绝缘强度的降低，电网实际运行经验表明，低气压对电气设备绝缘特性影响显著，如果设计不当将会引发事故，因此高海拔低气压条件下的长间隙放电特性亟待研究。
[0003]国内学者在海拔高度为0m、2200m、3000m、4300m和5000m的地区，对不同间隙距离的棒
‑
板和棒
‑
棒典型长间隙进行了标准操作冲击放电特性试验。根据试验结果计算分析了不同海拔地区典型的棒
‑
板和棒
‑
棒间隙的操作冲击放电电压的海拔校正因数。基于g参数法对不同海拔高度地区2～9m棒
‑
板间隙50％操作冲击放电电压进行了海拔校正分析，确定了g参数法在高海拔地区的适用性。已有的关于高海拔长间隙放电研究主要集中在击穿电压、有效间隙距离等宏观特性，通过特定条件下实验数据总结得到的经验公式具有一定的工程指导意义，但仍需深入探究低气压条件下的长间隙放电物理特性规律。
[0004]目前学者们已经对低海拔长间隙放电过程有了充分认识。在正极性冲击电压下，流注起始时延的随机性是长间隙放电分散性的重要来源。耿屹楠指出在雷电冲击下，有效电子形成的统计时延是流注起始时延的主要部分。从有效自由电子形成过程出发，通过理论推导，引入概率密度函数描述流注起始时延，并用大量实验数据进行统计验证，结果表明流注起始时延服从瑞利分布。在正极性冲击电压下，流注起始判据分为起始场强判据和起始时延判据。流注起始场强判据即空间电场达到起始场强时流注起始，体现了流注起始特性的确定性。起始时延，特别是产生有效自由电子的统计时延，是正极性冲击电压作用下流注起始特性中随机因素的体现，更能准确地描述流注起始特性。探究海拔高度对长间隙放电流注起始时延的影响规律，对认识放电过程随机性、不确定性具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法，能够解决现有技术的不足，揭示了不同海拔高度对长气隙放电流注起始时延的影响规律，对我国高海拔地区输电线路及输变电设备的设计和运行有着重要的意义。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。
[0007]一种正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法，包括以下步骤：
[0008]S110:利用光电倍增管和光电集成电场传感器搭建光电联合观测平台，进行正极性操作冲击长气隙放电试验，获取正极性操作冲击下长气隙放电光、电特征参数，构成研究样本集；
[0009]S120:对采集到的研究样本集进行时间节点对齐，绘制相同时间尺度下长间隙放电过程光功率、空间电场、电极施加电压变化波形图，准确划分放电发展过程各个阶段；
[0010]S130：利用光电离模型计算流注起始临界电压，建立光电离流注起始判据；
[0011]S140：在绘制的相同时间尺度下长间隙放电过程光功率、空间电场、电极施加电压变化波形图中，找到流注临界起始电压对应时间节点，将流注起始时延划分为升压时延和有效电子统计时延两部分；
[0012]S150：生成临界体积内自由电子产生频率公式；
[0013]S160：分析气压对负离子密度、负离子寿命，临界体积增长率的影响规律。
[0014]作为优选，正极性操作冲击长气隙放电试验在不同海拔地区进行，且不同海拔地区试验布置保持一致；光电倍增管采集波长范围185～400nm的光功率信号；以Mach
‑
Zehnder干涉仪为基本结构的光电集成电场传感器，通过铌酸锂LiNbO3晶体的Pockels效应进行电场测量；试验过程中，将光电倍增管和光电集成电场传感器探头放置于距离间隙轴线1.5m，距地面高度1m处，光电集成电场传感器探头通过光纤与示波器连接；将分压器输出电压信号作为示波器外部触发源，同步采集瞬时光功率、空间场强和电压信号。
[0015]作为优选，建立光电离流注起始判据，
[0016][0017]式中，r表示电极半径；r1表示电子崩头部半径；z
i
表示电离层边界，由α＝η确定；α、η分别表示电离系数、吸附系数；γ
ph
表示表面光电子发射系数；μ表示光子吸收系数；g(l)表示几何因素；
[0018]利用有限元方法获得球
‑
板间隙空间电场分布，并结合光电离模型，计算得到不同海拔地区流注临界起始电压。
[0019]作为优选，α、η取值与电场强度及空气密度相关，其计算公式为
[0020][0021][0022]式中，E表示流注放电过程空间电场强度，kV/cm；δ表示空气相对密度，计算公式为
[0023][0024]式中，t表示试验环境温度；p表示试验环境大气压强；p0表示标准大气压强；
[0025]r1计算公式为
[0026][0027]式中，D
e
表示电子扩散系数；ν
e
表示电子漂移速率，表达式分别为
[0028][0029][0030]μ表示为
[0031]μ＝δμ0[0032]μ0为标准大气条件下光子吸收系数，取值6cm
‑1；
[0033]g(l)可分解为径向分量g
rad
(l)和轴向分量g
ax
(l)之积，由于轴对称间隙，有g
rad
(l)＝g
ax
(l)，故g(l)＝[g
rad
(l)]2，径向分量为
[0034][0035]对于正极性电晕，γ
ph
取1
×
103。
[0036]作为优选，在正极性冲击电压作用下，流注起始需要满足2个条件，
[0037]1)间隙施加电压达到流注起始所需要的最小电压，
[0038]这一过程的时长为升压时延；
[0039]2)电极头部的临界体积内出现足够的有效自由电子，
[0040]这一过程在的时长为有效电子统计时延；
[0041]升压时延取决于流注临界起始电压，流注临界起始电压为相同电极布置条件下直流电压作用下的流注起始电压U0。
[0042]作为优选，在t时刻临界体积V
c
内自由电子产生频率P
e
可以表示为
[0043][0044]式中，n
‑
表示负离子密度，τ表示负离子寿命，V
c
表示t时刻临界体积。
[0045]作为优选，气压对临界体积V
c
的影响，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法，其特征在于包括以下步骤：S110:利用光电倍增管和光电集成电场传感器搭建光电联合观测平台，进行正极性操作冲击长气隙放电试验，获取正极性操作冲击下长气隙放电光、电特征参数，构成研究样本集；S120:对采集到的研究样本集进行时间节点对齐，绘制相同时间尺度下长间隙放电过程光功率、空间电场、电极施加电压变化波形图，准确划分放电发展过程各个阶段；S130：利用光电离模型计算流注起始临界电压，建立光电离流注起始判据；S140：在绘制的相同时间尺度下长间隙放电过程光功率、空间电场、电极施加电压变化波形图中，找到流注临界起始电压对应时间节点，将流注起始时延划分为升压时延和有效电子统计时延两部分；S150：生成临界体积内自由电子产生频率公式；S160：分析气压对负离子密度、负离子寿命，临界体积增长率的影响规律。2.根据权利要求1所述的正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法，其特征在于：正极性操作冲击长气隙放电试验在不同海拔地区进行，且不同海拔地区试验布置保持一致；光电倍增管采集波长范围185～400nm的光功率信号；以Mach
‑
Zehnder干涉仪为基本结构的光电集成电场传感器，通过铌酸锂LiNbO3晶体的Pockels效应进行电场测量；试验过程中，将光电倍增管和光电集成电场传感器探头放置于距离间隙轴线1.5m，距地面高度1m处，光电集成电场传感器探头通过光纤与示波器连接；将分压器输出电压信号作为示波器外部触发源，同步采集瞬时光功率、空间场强和电压信号。3.根据权利要求1所述的正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法，其特征在于：建立光电离流注起始判据，式中，r表示电极半径；r1表示电子崩头部半径；z
i
表示电离层边界，由α＝η确定；α、η分别表示电离系数、吸附系数；γ
ph
表示表面光电子发射系数；μ表示光子吸收系数；g(l)表示几何因素；利用有限元方法获得球
‑
板间隙空间电场分布，并结合光电离模型，计算得到不同海拔地区流注临界起始电压。4.根据权利要求3所述的正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法，其特征在于：α、η取值与电场强度及空气密度相关，其计算公式为
式中，E表示流注放电过程空间电场强度，kV/cm；δ表示空气相对密度，计算公式为式中，t表示试验环境温度；p表示试验环境大气压强；p0表示标准大气压强；r1计算公式为式中，D
e
表示电子扩散系数；ν
e
表示电子漂移速率，表达式分别为表示电子漂移速率，表达式分别为μ表示为μ＝δμ0μ0为标准大气条件下光子吸收系数，取值6cm
‑1；g(l)可分解为径向分量g
rad
(l)和轴向分量g
ax
(l)之积，由于轴对称间隙，有g
rad
(l)＝g
ax
(l)，故g(l)＝[g
rad
(l)]2，径向分量为对于正极性电晕，γ
ph
取1
×
103。5.根据权利要求4所述的正极性操作冲击下长气隙放电流注起始时延分析方法，其特征在于：在正极性冲击电压作用下，流注起始需要满足2个条件，1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，肖智勇，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：