[发明专利]一种绝缘材料沿面闪络电压的预估方法及装置

说明书

本发明公开了一种绝缘材料沿面闪络电压的预估方法及装置，该方法包括：根据不同电压极性，计算不同电压极性下相应的电子产生率；根据金属电极发射电子区域的面积、电子发射区域的材料特性以及金属电极表面发射功函数三者的乘积，确定负极性下的第一电子产生率；分别获取分离系数以及负离子浓度，根据分离系数和负离子浓度的乘积，确定正极性下的第二电子产生率；根据不同时刻相应的电子产生率，计算不同时刻整个间隙空间内电子的附着放电概率；若确定某一时刻的放电概率的值等于阈值，则该时刻的电压为闪络电压。本发明通过对不同电压极性下的不同电子产生率的计算，充分考虑了试样型式和绝缘材料的影响，提高了闪络电压预估的准确性。

技术领域

本发明涉及绝缘材料测量技术领域，尤其涉及一种绝缘材料沿面闪络电压的预估方法及装置。

背景技术

气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear，GIS)和气体绝缘金属封闭输电线路(Gas Insulated Transmission Lines，GIL)是保证现代电网安全稳定运行的重要设备。支柱或盆式绝缘子作为GIS/GIL设备的关键绝缘部件，起到了机械支撑和电气绝缘的双重作用，其绝缘强度很大程度上决定了设备的运行可靠性。在实际运行中，绝缘子气-固沿面的气体电介质易于发生击穿，并沿绝缘子表面放电，这种现象被称为闪络现象。大量研究表明，绝缘子的气-固沿面闪络电压远低于绝缘子固体材料及GIS/GIL中气体氛围的击穿电压，沿面闪络已经成为GIS/GIL设备中绝缘强度的“短板”，直接导致超半数的GIS/GIL设备事故，严重威胁上述设备以及电力系统的安全稳定运行。另一方面，目前实验测量绝缘子沿面闪络电压的方法均会在绝缘子表面产生材料的烧蚀、炭化，降低绝缘强度，属于破坏性试验。因此，基于绝缘子几何结构、材料特性、运行工况等参数，构建放电过程的理论分析模型，提前预估绝缘子沿面闪络电压，对于提升绝缘强度和保障设备安全稳定运行具有重大的现实意义和应用价值。

在绝缘子沿面闪络电压的预估方法中，放电过程建模计算对于理解放电物理过程、物理机制具有重要的理论意义，对于建立绝缘子沿面闪络电压预估算法至关重要。近年来，国内外众学者考虑各种影响因素对不同缺陷进行了相应的放电过程建模计算，20世纪90年代ABB的L.Niemeyer等人在《A Generalized approach to partial dischargemodeling》提出了一种广泛适用于气体中局部放电物理过程计算的通用模型，可以计算相应的有效电子产生率、流注起始、真实放电量等物理量。国内，西安交通大学李军浩发表《正极性振荡型冲击电压下带尖刺SF6间歇击穿过程的数学模型构建》，模拟了有效电子的产生和流注起始等物理过程。西安交通大学刘琳在《SF6中环氧绝缘子结构对其闪络特性的影响》中采用有限元分析法计算得到不同绝缘结构的静电场分布，通过后处理得到沿面电场及其切、法向分量的最大值、平均值、梯度、平方积分、电势分布等特征参数，进一步通过实验研究了闪络电压与电场分布特征之间的相关性，发现绝缘子闪络电压不仅与沿面电场分布有关，与电场的切、法向分量的分布也显著相关。日本名古屋大学针对沿面闪络提出了一种方法，他们在《Simulation on Discharge Inception Voltage Improvement of GISSpacer with Permittivity Graded Materials(-FGM)Using Flexible MixtureCasting Method》《Insulation Performance of Permittivity Graded FGM(Functionally Graded Materials)in SF6 Gas under Lightning Impulse Conditions》针对介电梯度材料，基于有效电子转化模型及时间-体积理论，预估了沿面闪络电压，与试验结果之间具有良好的吻合度。

现有研究取得了较为丰富的成果，然而现有方法一方面理论较为复杂，参量众多且不易获取，往往仅适用于既定实验结果的理论分析，在闪络电压的预估方面难度较大，另一方面，为保证计算精度，现有方法需要密度较大的空间网格剖分，计算量大，效率低，运行成本高，因此，现有的技术难以适用于进行GIS/GIL环氧材料沿面耐电强度的快速预估。