[发明专利]一种棒-板间隙结构的电场表征方法

说明书

本发明涉及高电压与绝缘技术，具体涉及一种棒‑板间隙结构的电场表征方法，包括通过静电场仿真计算获取棒‑板间隙的三维电场分布，将棒电极和板电极之间最短几何距离所在的路径定义为最短路径；在最短路径上等距选取n个取样点（n为正整数），提取n个取样点的坐标、电场强度的原始数据；根据所提取的原始数据计算得到表征棒‑板间隙结构的电场特征集，进而将三维空间结构映射至一维路径特征。该方法提出的最短路径电场特征集易于获取，提取过程简单，用以替代电极尺寸、间隙距离等简单几何参数，可以对棒‑板间隙结构进行更完善的表征，并可推广应用于最短路径单调递减电场分布曲线的复杂工程间隙结构。

技术领域

本发明属于高电压与绝缘技术领域，尤其涉及一种棒-板间隙结构的电场表征方法。

背景技术

空气间隙是交直流输电线路、变电站及换流站的主要外绝缘形式，其放电电压是外绝缘设计的重要依据。目前，空气间隙的结构设计主要依赖于放电试验，通过试验获取放电电压与间隙距离的经验公式，进而确定满足绝缘要求所需的间隙距离。然而，仅通过间隙距离难以表征空气间隙的三维空间结构，根据试验数据拟合得到的经验公式往往适用性有限，难以推广至其他间隙布置。对于球、棒等典型电极空气间隙，还可以通过电极尺寸(如球径、棒端部直径等)对间隙结构加以描述，但对于复杂工程间隙，无法采用简单的几何尺寸对其电极结构进行有效表征。

空气间隙的三维结构对应于静电场分布，在“基于电场特征量和SVM的空气间隙击穿电压预测”(《中国电机工程学报》，2015年第3期)和“稍不均匀电场空气间隙击穿电压计算的新方法”(《高电压技术》，2015年第2期)等已公开的技术中，提出了采用电场特征集表征空气间隙结构的思路，并从“整个区域、放电通道、电极表面、放电路径”4个方面提取电场特征量。然而，对于复杂工程间隙结构，如输电线路-杆塔空气间隙，电极结构极不规则，“整个区域、放电通道、电极表面”等空间区域难以定义，导致该组电场特征集无法推广应用于输变电工程间隙结构，制约了击穿电压预测方法的应用。

对于任意两电极结构空气间隙，最短间隙距离所在的路径(最短路径)是具有普遍性的空间区域，而三维电场分布可以映射至该一维路径，只要间隙结构发生变化，该路径上的电场分布特征均会对应地发生变化。因此，在该路径上定义电场特征量，有望推广至任意两电极结构空气间隙。

棒-板间隙是一种典型电极空气间隙，也是最常见的用于研究空气放电特性的电极布置。以棒-板间隙为研究对象，提出一种易于推广应用的空气间隙结构电场表征方法，为复杂工程间隙结构的电场表征提供参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种棒-板间隙的最短路径电场特征集，用以表征不同电极结构、不同间隙距离的棒-板间隙三维空间结构，为进一步建立电场特征集与击穿电压的关联性、实现棒-板间隙击穿电压预测奠定基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种棒-板间隙结构的电场表征方法，包括以下步骤：

步骤1、通过静电场仿真计算获取棒-板间隙的三维电场分布；

步骤2、将棒电极和板电极之间最短几何距离所在的路径定义为最短路径，在最短路径上等距选取n个取样点(n为正整数)；

步骤3、提取n个取样点的坐标、电场强度的原始数据，计算得到表征棒-板间隙结构的电场特征集，将三维空间结构映射至一维路径特征。

在上述的棒-板间隙结构的电场表征方法中，棒-板间隙为棒电极施加高电压，板电极接地。

在上述的棒-板间隙结构的电场表征方法中，电场特征集包括电场强度类、电场梯度类、电场平方类、电场强度积分类、路径长度类、电场不均匀度类特征量。