流注茎根数计算方法以及流注茎根数计算系统技术方案

本发明专利技术提供了一种流注茎根数计算方法以及流注茎根数计算系统。该方法包括：获取长空气间隙放电过程中的空间电场强度、瞬时光功率和高电位电流数据；根据空间电场强度和瞬时光功率的变化曲线，划分放电过程的初始流注阶段及暗期阶段，判断流注

【技术实现步骤摘要】
流注茎根数计算方法以及流注茎根数计算系统


[0001]本专利技术涉及正极性长间隙放电流注茎根数计算
，具体而言，涉及一种流注茎根数计算方法以及流注茎根数计算系统。

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2000m，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。均压屏蔽球是高海拔输变电工程换流站阀厅中的一种重要金具，半径一般为0.25m～1m，其和周围接地体组成的空气间隙放电特性与长空气大尺寸球
‑
板间隙相似。相较以往棒
‑
板、棒
‑
棒等空气间隙类型，大尺寸电极呈现电晕表面面积更大、流注茎出现分支概率更大、空间电荷更加密集的显著特点。放电过程流注茎根数是分析流注特征的一个关键物理参量，可为今后完善高海拔地区放电流注
‑
先导体系发展机制提供重要依据。
[0003]针对流注茎根数，目前并未开展专门的研究工作，大量学者们默认电极表面或者先导头部仅有一个流注茎。Gallimberti团队基于能量守恒定理建立的经典流注
‑
先导转化模型，将初始流注产生的放电电流仅通过单根流注茎注入电极，且只考虑暗期内振动动能向平动动能转化带来的能量流动，忽略了对流损失等重要能量耗散机制，适用于初始流注产生的放电电流较少、电极曲率半径较小的电极。华中科技大学赵贤根学者采用定量纹影测量技术，试验测得曲率半径为2.5mm的棒电极，流注茎根数平均值为4.8，但纹影系统由于受到核心部件—透镜组镜面尺寸的限制，目前的观察视窗仅限于电极附近(一般≤30cm)范围内，对于曲率半径为0.25m～1m的大尺寸电极，无法保证所有流注茎分支皆被观测到。华中科技大学贺恒鑫学者采用30万帧/s的高速摄影仪记录曲率半径为7cm、间隙距离1m的间隙放电发展过程，通过高速图片可以大致确定流注茎根数，但初始流注阶段通道发光主要是紫外光，高速摄影仪采集到的可见光较弱，部分流注茎分支可能由于外部环境光遮挡而无法辨别。并且拍摄的纹影图片或者是高速图片只能反映二维信息，电极背面的部分流注茎可能会因为电极的遮挡而无法出现在图片上，统计得到的流注茎根数数量并不准确，故仅采用目前常用的定量纹影测量技术和高速摄影仪无法准确获得高海拔地区大尺寸电极放电过程流注茎根数。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种流注茎根数计算方法以及流注茎根数计算系统，以解决现有技术中无法获取高海拔地区大尺寸电极放电过程流注茎根数的精确度的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种流注茎根数计算方法，处于高电位的第一电极和处于低电位的第二电极之间形成长空气间隙，方法包括以下步骤：S1、获取长空气间隙放电过程中的空间电场强度、瞬时光功率和高电位电流数据；S2、根据空间电场强度和瞬时光功率的变化曲线，划分放电过程的初始流注阶段及暗期阶段，判断
流注
‑
先导转化完成时刻，获得流注
‑
先导转化完成实测时长t
a
；S3、搭建流注放电对流扩散和流注茎几何特征的流注
‑
先导转化修正模型，预设对应流注茎根数n，并根据流注茎初始流注注入电流I
z
，计算流注
‑
先导转化完成计算时长t
s
；S4、对比流注
‑
先导转化完成实测时长t
a
和流注
‑
先导转化完成计算时长t
s
，逐次校正模型参数，确定长间隙放电流注茎根数N。
[0006]可选地，步骤S2中，划分放电过程的初始流注阶段，包括：首次采集到光功率脉冲信号，同时空间电场强度出现跃升，初始流注起始，起始时刻为t0；当光功率幅值恢复至0且空间电场跃升停止时，初始流注停止，停止时刻为t1；划分放电过程的暗期阶段，包括：初始流注停止后放电进入暗期，暗期内采集到的光功率为0，空间电场强度在流注
‑
先导转化完成时出现小幅度跃升；暗期结束时，重新采集到光功率信号，空间电场强度跃升停止；根据暗期内空间电场强度出现小幅跃升作为流注
‑
先导转化完成判据，获得流注
‑
先导转化完成实测时长t
a
。
[0007]可选地，步骤S3中，采用高电位电流测量设备采集初始流注阶段高电位电流I，初始流注阶段高电位电流I包括流注茎初始流注注入电流I
z
和由于第一电极施加电压发生变化，对第一电极和第二电极几何电容进行充电产生的容性位移电流I
c
；流注茎初始流注注入电流I
z
为；I
z
＝I
‑
I
c
；长空气间隙流注放电对流扩散作用，使注入流注茎根部的电荷密度沿轴向向外呈现高斯分布，流注茎初始流注注入电流I
z
向外逐渐减少；注入流注茎根部中心高温区的电流I
ax
为：a表示中心高温区半径；r表示流注茎半径；λ表示分布系数；预设流注茎根数为n，且通过各流注茎注入的初始流注电流一致；注入单根流注茎中心高温区初始流注电流I
szx
为：基于Gallimberti的能量平衡方程，根据注入单根流注茎中心高温区初始流注电流I
szx
，计算获得单根流注茎根部中心温度T
h
：
[0008]008]k为波尔兹曼常数；n
h
为流注根部温度下气体的分子密度；f
e
、f
t
、f
r
和f
v
分别为电子激发能、转动动能、平动动能和振动动能的分配系数；E为流注根部场强；为振动动能转化为平动动能的转化时间；ε
v
为氮气分子振动激发所需能量；流注茎初始流注注入电流I
z
为流注茎温度升高提供能量，流注茎温度分布沿轴向由第一电极向外呈现逐渐减小趋势，当初始流注放电电流注入后，流注茎内气体分子温度逐渐升高，当单根流注茎根部中心温度T
h
大于高海拔地区流注
‑
先导转化临界温度时，转化完成，由此可获得流注
‑
先导转化完成计算时长t
s
。
[0009]可选地，步骤S4中，对比流注
‑
先导转化完成实测时长t
a
和流注
‑
先导转化完成计算时长t
s
，逐次校正预设的流注茎根数n，确定长间隙放电流注茎根数N。
[0010]根据本专利技术的一个方面，还提供了一种流注茎根数计算系统，包括第一电极、第二电极、光电倍增管、光电集成电场传感器、高电位电流测量设备、计算机设备、处理器和存储器，其中，处于高电位的第一电极和处于低电位的第二电极之间形成长空气间隙；光电倍增
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流注茎根数计算方法，其特征在于，处于高电位的第一电极和处于低电位的第二电极之间形成长空气间隙，所述方法包括以下步骤：S1、获取所述长空气间隙放电过程中的空间电场强度、瞬时光功率和高电位电流数据；S2、根据所述空间电场强度和所述瞬时光功率的变化曲线，划分所述放电过程的初始流注阶段及暗期阶段，判断流注
‑
先导转化完成时刻，获得流注
‑
先导转化完成实测时长t
a
；S3、搭建流注放电对流扩散和流注茎几何特征的流注
‑
先导转化修正模型，预设对应流注茎根数n，并根据流注茎初始流注注入电流I
z
，计算流注
‑
先导转化完成计算时长t
s
；S4、对比所述流注
‑
先导转化完成实测时长t
a
和所述流注
‑
先导转化完成计算时长t
s
，逐次校正模型参数，确定长间隙放电流注茎根数N。2.根据权利要求1所述的流注茎根数计算方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述划分所述放电过程的初始流注阶段，包括：首次采集到光功率脉冲信号，同时空间电场强度出现跃升，初始流注起始，起始时刻为t0；当光功率幅值恢复至0且空间电场跃升停止时，所述初始流注停止，停止时刻为t1；所述划分所述放电过程的暗期阶段，包括：所述初始流注停止后放电进入暗期，所述暗期内采集到的光功率为0，空间电场强度在流注
‑
先导转化完成时出现小幅度跃升；所述暗期结束时，重新采集到光功率信号，空间电场强度跃升停止；根据所述暗期内空间电场强度出现小幅跃升作为流注
‑
先导转化完成判据，获得所述流注
‑
先导转化完成实测时长t
a
。3.根据权利要求2所述的流注茎根数计算方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用高电位电流测量设备采集初始流注阶段高电位电流I，所述初始流注阶段高电位电流I包括所述流注茎初始流注注入电流I
z
和由于第一电极施加电压发生变化，对所述第一电极和所述第二电极几何电容进行充电产生的容性位移电流I
c
；所述流注茎初始流注注入电流I
z
为；I
z
＝I
‑
I
c
；所述长空气间隙流注放电对流扩散作用，使注入流注茎根部的电荷密度沿轴向向外呈现高斯分布，所述流注茎初始流注注入电流I
z
向外逐渐减少；注入所述流注茎根部中心高温区的电流I
zx
为：a表示所述中心高温区半径；r表示流注茎半径；λ表示分布系数；预设所述流注茎根数为n，且通过各所述流注茎注入的初始流注电流一致；注入单根流注茎中心高温区初始流注电流I
szx
为：基于Gallimberti的能量平衡方程，根据所述注入单根流注茎中心高温区初始流注电流I
szx
，计算获得单根流注茎根部中心温度T
h
：
k为波尔兹曼常数；n
h
为流注根部温度下气体的分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：康钧，王生富，蒋玲，王生杰，张成磊，马旭东，朱广秀源，曲全磊，王理丽，李秋阳，董生成，李渊，包正红，赵金朝，张毅涛，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：