【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于开关柜绝缘缺陷局部放电严重程度分析，具体涉及一种用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法。
技术介绍
1、电能在我国国民生产生活中的地位越来越重要，但随着运行年限的增长，开关柜绝缘缺陷的老化问题逐渐显著，这一安全隐患一旦进一步爆发会造成巨大经济损失及人员伤亡。因此非常有必要对开关柜内绝缘缺陷展开研究，设计一套能够有效监测其放电严重程度的装置。为了应对开关柜周围环境因素对监测手段的影响，设计一种基于气体法的在线监测装置很要研究前景。但是由于实验场地、经费等限制，通过实验来研究发生局部放电时生成气体的微过程很难进行。近年来随着计算机硬件以及计算性能的不断发展，流体力学、等离子体、气体反应数值分析等技术的不断发展，使得数值模拟成为研究局部放电影响空气气体组分的有力手段。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，从数值分析的角度分析开关柜发生绝缘缺陷局部放电故障时产生气体的体积分数，通过检测空气开关柜内气体体积分数的变化，判断开关柜的绝缘缺陷严重程度，提高系统的安全性。
2、本专利技术所采用的技术方案是，用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，通过建立数值分析模型实现对空气开关柜绝缘缺陷气体法检测的仿真。
3、本专利技术的特点还在于，
4、具体按照以下步骤实施：
5、步骤1、将用于描述放电的粒子连续性方程和泊松方程耦合电子能量密度方程从而建立流体动力学
6、步骤2、依据碰撞理论对实际发生的化学反应进行筛选，忽略次要反应，保留对结果影响较大的反应；
7、步骤3、在多物理场仿真软件comsol中建立金属突出物缺陷模型，并设置计算区域；
8、步骤4、根据空气开关柜常见的绝缘缺陷类型，搭建参数与步骤3相同的试验模型；
9、步骤5、依据伏安特性曲线，验证所设置的控制方程与化学模型是否能够描述金属突出物模型的放电历程；
10、步骤6、建立局放量与各种气体生成物之间的关系。
11、步骤1具体按照以下步骤实施：
12、步骤1.1、控制方程包括：
13、电子连续方程：
14、重粒子连续方程：
15、电子能量方程：
16、电场电势泊松方程：-▽*ε0εr▽v＝ρq
17、
18、式中：ne为自由电子密度数；nε为电子能量密度数；nk为重粒子密度数；μe为自由电子迁移率；με为电子能量迁移率；de为电子扩散率；dε电子能量扩散率；re为电子化学源项；rε电子能量源项；ρ为混合气体密度；rk为重粒子质量分数；u为质量平均流体速度矢量；jk为扩散通量矢量；kr为重粒子k的产生速率；ε0和εr分别为真空介电常数与相对介电常数；ρq为空间电荷密度；e为元电荷；zk为粒子k所带电荷量；e为电场矢量；v为所加电势；
19、步骤1.2、将所述步骤1.1的若干微分方程求解前先转化为弱形式；
20、步骤1.3、离子扩散率由下式计算：
21、
22、式中：kb为boltzmann常数；t为气体的热力学温度；qion为对应离子电荷数。
23、步骤2具体按照以下步骤实施：
24、步骤2.1、选用65个对结果影响较大的化学反应；
25、步骤2.2、将化学反应式转化为反应速率方程，根据基元反应aa+bb→gc+dd，反应速率方程为
26、同时：
27、则
28、
29、
30、其中k是反应速率常数，根据反应类型不同分为碰撞反应速率常数ke和化学基团反应速率常数kr，计算式如下：
31、碰撞反应：
32、化学基团反应：
33、式中：γ为粘滞系数，σj(ε)为电子碰撞截面数据；ε为电子能量；f(ε)为电子能量分布函数，f(ε)由bolsig+软件结合电子碰撞截面数据σj(ε)，通过解2项估计的boltzmann方程而获得；af为频率因子；ea为表观活化能；t为气体的热力学温度；rg为摩尔气体常量。
34、步骤3具体按照以下步骤实施：
35、步骤3.1、开关柜的绝缘缺陷中常见缺陷包括：金属突出物缺陷、自由金属微粒缺陷、悬浮电位缺陷，金属突出物缺陷包括针电极和板电极两部分；
36、步骤3.2、建立金属突出物缺陷模型，即针电极接高压，板电极接地，针电极尖端为高1mm；放电间隙为1mm；间隙气体成分为氧气21％，氮气79％；板电极厚度1mm，在多物理场仿真软件在comsol中设置上述参数，得到仿真模型，并对计算区域划分有限元三角网格；
37、步骤4具体按照以下步骤实施：
38、步骤4.1、制作与所述步骤3仿真模型参数相同的金属突出物绝缘缺陷模型；
39、步骤4.2、将针电极接入无局放高压试验变压器的高压端，板电极接地；
40、步骤4.3、按照脉冲电流法的原理，在步骤4.2诉述的金属突出物缺陷模型的高压侧与耦合电容相连，耦合电容的另一端与局放仪相连。
41、步骤5具体按照以下步骤实施：
42、步骤5.1、在通过步骤4搭建的试验平台采集发生金属突出物绝缘缺陷局部放电时电压与电流的时域数据，将电压时域数据输入到所搭建的仿真模型中作为仿真模型的激励电压；
43、步骤5.2、当所述步骤3的仿真模型的放电电流与步骤4所述试验平台的放电电流具有相同的变化趋势、相近的峰值点和过零点，则认为数值分析模型能够描述试验平台的物理过程；
44、步骤5.3、利用步骤4所述的局放仪测量一次局放过程中的局放量；
45、步骤5.4、将步骤5.1中的局放量代入所述步骤1的数值分析模型中；
46、步骤5.5、从步骤5.4数值分析模型中导出各种气体产物的体积分数，并绘制出时域图，横坐标为时间轴，纵坐标为气体的体积分数。
47、步骤6具体按照以下步骤实施：
48、步骤6.1、控制温度不变，建立不同湿度下，局放量与各种气体生成物之间的时域图，横坐标为时间轴，纵坐标为气体的体积分数；
49、步骤6.2、控制湿度不变，建立不同温度下，局放量与各种气体生成物之间的曲线图，横坐标为局放量，纵坐标为气体的体积分数；
50、步骤6.3、所述步骤6.1和步骤6.2实现空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真。
51、本专利技术的有益效果是，用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，首先根据流体力学基本原理，构建局部放电时等离子体的控制方程；其次，气体反应的碰撞理论筛选出有效且对结果影响较大的反应方程，并建立反应速率方程；第三，根据现场出现的绝缘缺陷搭建合适的试验模型与仿真模型，并对仿真模型的计算区域进行适当简化；第四，利用伏安特性曲线验证试验平台和数值分析模型在化学本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，通过建立数值分析模型实现对空气开关柜绝缘缺陷气体法检测的仿真。
2.根据权利要求1所述的用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
4.根据权利要求3所述的用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
5.根据权利要求4所述的用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：
6.根据权利要求5所述的用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下步骤实施：
7.根据权利要求6所述的用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，所述步骤5具体按照以下步骤实施：
8.根据权利要求7所述的用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷
...【技术特征摘要】
1.用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，通过建立数值分析模型实现对空气开关柜绝缘缺陷气体法检测的仿真。
2.根据权利要求1所述的用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
4.根据权利要求3所述的用于气体法检测空气开关柜绝缘缺陷局部放电的仿真方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
...【专利技术属性】
技术研发人员：田毅，王帅，陈梦寒，李志伟，黄新波，朱永灿，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：
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