[发明专利]一种基于等离子体模型的先导放电通道温度计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于等离子体模型的先导放电通道温度计算方法及系统，包括：S1获取先导放电通道的电流瞬态值；S2设定先导放电通道的初始热半径，计算先导放电通道内的电场；S3计算先导通道内单位质量产生的焦耳热，获取热传导和辐射所消耗的热量，基于热量守恒计算当前时刻先导通道的平均温度；S4基于先导放电通道内的电场、温度计算通道内电子密度的变化；S5基于先导放电通道内的电场、温度计算通道内的正、负离子密度变化；S6获取先导放电通道的扩散半径，重复S1‑S5步骤，计算下一时刻先导放电通道的温度。本发明计算简单，精度高，效率高，可以更好地应用于工程实际。

技术领域

本发明属于高电压绝缘预测技术领域，尤其涉及一种基于等离子体模型的先导放电通道温度计算方法及系统。

背景技术

最早，1970年Les Renardières Group对长间隙放电过程进行了全面的试验研究，主要为了特高压工程的外绝缘设计。实验结果描述了长间隙放电的基本过程，从电晕起始、流注被加热、先导起始和先导发展，直至整个间隙被完全击穿。其中，先导放电是正极性长空气间隙放电的主要过程之一，获取先导形成和发展阶段放电通道内的气体温度对构建可靠的空气间隙击穿全模型具有重要意义。

国内外对先导放电通道温度的模拟计算方法，主要为Gallimberti提出的能量守恒简化计算方法和Sliva提出的流体动力学模型方法。Gallimberti提出的模型输入为通过流注茎的电流，电子势能的一部分转化为中性气体分子的平动能，另一部分转化中性气体分子的振动能，而后振动能在一定时间内逐渐转化为中性气体分子的平动能，上述转化过程直接采用能量分配系数(f_v、f_t、f_r和f_e)和能量转化时间常数(τ_vt)进行描述，不考虑流注茎内具体的电化学反应过程，使得对于温度的计算十分依赖于能量分配的取值，且计算结果显示在弛豫过程中通道温度仍然会持续上升。Sliva提出的模型综合考虑气体动力学方程、106种化学反应及其动力学模型、带电粒子与中性粒子的能量转移过程，以及振动能向平动能的弛豫过程，建立了更为详尽的流注茎1维理论模型，而且该模型考虑了气压的影响，因此同时适用于地表和高空放电过程的仿真计算。但该模型计算量大，且考虑的化学反应繁琐，该方法难以直接应用于工程应用。

因此，为了综合考虑先导放电通道内的化学反应过程、通道热膨胀过程、能量辐射过程，采用基于将一系列等离子体化学反应参数化的等离子体模型，既充分考虑了先导放电通道的物理过程，保证了先导放电通道温度计算的准确性，也提高了模型的求解效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于等离子体模型的先导放电通道温度计算方法，该方法精度高、效率高、且切实可行。

本发明一种基于等离子体模型的先导放电通道温度计算方法，包括步骤：

一种基于等离子体模型的先导放电通道温度计算方法，其特征是，包括：

步骤S1、获取先导放电通道的电流瞬态值，具体是在标准大气压和指定温湿度下获取先导放电电流，以0.1皮秒以上分辨率对放电电流进行离散化，获取t时刻电流温度的瞬时值I；

步骤S2、设定先导放电通道的初始热半径，计算先导放电通道内的电场；

步骤S3、计算先导通道内单位质量产生的焦耳热，获取热传导和辐射所消耗的热量，基于热量守恒计算当前时刻先导通道的平均温度T；

步骤S4、基于先导放电通道内的电场、温度计算通道内电子密度的变化，具体是基于先导放电通道内的电场、温度，考虑电子与粒子之间的碰撞电离、二体结合、三体结合，电子与负离子的脱离，电子与正离子的结合，通道内的热电离，计算放电通道内的电子密度n_e；

步骤S5、基于先导放电通道内的电场、温度计算通道内的正、负离子密度变化；