[发明专利]一种高压直流下绝缘子空间电荷密度模型优化方法

说明书

本发明涉及一种高压直流下绝缘子空间电荷密度模型优化方法，包括：步骤S1：以温度和时变电场为自变量，得到电导率数学模型，并得到电导电流密度；步骤S2：建立介电弛豫函数，并得到驰豫极化电流密度；步骤S3：将电导电流密度、驰豫极化电流密度和瞬时极化电流密度求和得到体积电流密度；步骤S4：将体积电流密度求积分得到空间电荷密度数据模型。与现有技术相比，本发明综合考虑了温度、电场、介电弛豫对空间电荷密度的影响，解决了现有模型对环境因素的考虑不周的问题，并仿真分析了各项因素对空间电荷密度的影响程度，可作为高压直流绝缘子材料选择、结构设计的参考。

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其是涉及一种高压直流下绝缘子空间电荷密度模型优化方法。

背景技术

随着中国高压直流输电建设工程的日益加快，对高压直流下一些关键问题的研究显得至关重要。长期处于直流高压作用下的绝缘子内部容易积聚电荷，从而影响绝缘子内部的电场分布，降低了绝缘子的耐受电压，严重时可能导致绝缘强度的下降，给绝缘系统带来隐患。因此，建立一种计算绝缘子内部空间电荷密度的数学模型显得至关重要。

直流电场作用下，积累在绝缘子内部的空间电荷能显著影响电场分布和绝缘系统的绝缘性能。尽管目前国际上对于绝缘子空间电荷密度有一定研究，但多是通过仿真以及试验，现有文献中建立的理论模型也比较简化，忽略了很多外在的环境条件的影响，因此在理论研究上依旧存在许多未解决的问题。

目前在针对于绝缘子的研究中，大多以固定的电导率来做为研究基础。实际上，直流输电系统中运行电流很大，输电通道会出现明显的发热现象。温度变化引起绝缘子电学性能的变化，进而引起电导率变化。固体介质的电导率除了会受温度的影响外，也依赖于场强的变化。绝缘子表面电荷积聚，会使绝缘子电场分布发生畸变，从而使得电导率发生变化。在绝缘子表面电荷积聚与消散的过程中，存在着很多弛豫现象，介电弛豫对于该过程的时间常数起着重要的作用，因此，介电弛豫的影响，也是至关重要的研究内容。

现有试验研究中很少考虑温度、时变电场、介电弛豫等对电荷密度的影响，难以获得用于实际工程中的直流绝缘子电荷积聚情况。为此，针对上述问题，需要探索出一种新的关于绝缘子空间电荷密度的数学模型。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高压直流下绝缘子空间电荷密度模型优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高压直流下绝缘子空间电荷密度模型优化方法，包括：

步骤S1：以温度和时变电场为自变量，得到电导率数学模型，并得到电导电流密度；

步骤S2：建立介电弛豫函数，并得到驰豫极化电流密度；

步骤S3：将电导电流密度、驰豫极化电流密度和瞬时极化电流密度求和得到体积电流密度；

步骤S4：将体积电流密度求积分得到空间电荷密度数据模型。

所述步骤S1具体为：

步骤S11：以温度和时变电场为自变量，得到电导率数学模型：

σ＝σ₀e^αT+βE(t)   (1)

其中：σ为电介质的电导率，σ₀为初始电导率，T为温度，E(t)为电场强度，α为温度系数，β为场强系数。

步骤S12：基于得到的电导率数学模型得到电导电流密度：

j₁(t)＝σ₀e^βE(t)+αTE(t)

其中：j₁(t)为电导电流密度。