[发明专利]一种基于随机漫步理论的复合绝缘子电弧预测方法

说明书

本发明公开了一种基于随机漫步理论的复合绝缘子电弧预测方法，包括以下步骤：建立复合绝缘子模型，规定绝缘子尺寸、电极电压等参数，计算复合绝缘子周围的电场及热场的数值分布，根据电场强度大小判断绝缘子周围空气是否达到击穿条件，根据各个方向的电场强度大小计算电弧下一时刻向各个发展方向的概率，通过电、热场实时计算电弧的能量注入及耗散，以电弧导通两极或中途能量耗尽作为电弧闪络或熄灭的判据。通过迭代计算，可以模拟出电弧在空气中发展的随机过程，多次重复该过程可推断电弧轨迹分布的特征。

技术领域

本发明可用于对复合绝缘子闪络故障检测及预测等工程领域，计算方法适用于二维及三维模型。

背景技术

绝缘子的正常运行是电力系统稳定运行的重要保证。绝缘子的闪络是影响输电线路安全运行的重要原因之一。因此分析绝缘子电弧的发展特性，对检测或预测绝缘子闪络故障具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种基于随机漫步理论的复合绝缘子电弧预测方法。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：一种基于随机漫步理论的复合绝缘子电弧预测方法，通过建立复合绝缘子模型，计算复合绝缘子周围的电场强度分布，根据电场强度大小判断绝缘子周围空气是否被击穿，根据各个方向的电场强度大小计算电弧各个发展方向的概率。以电弧实时能量的注入和耗散作为电弧发展或熄灭的判据。

预测方法的步骤如下：

S1：确定复合绝缘子的电压等级和形状尺寸；

S2：计算绝缘子周围电场强度和温度的分布；

S3：根据场强分布计算结果，判断场域内各个位置的空气是否达到击穿条件；

S4：在达到击穿条件的位置，根据该位置的各方向电场强度，确定电弧发展的方向的概率；

S5：生成随机数，决定电弧发展的方向；

S6：计算电弧的注入和耗散能量；

S7：重复步骤S2～S6，直到电弧导通绝缘子两极或电弧能量耗尽为止。

所述电势分布符合泊松方程：

式中，为电势。

电场强度E可由电势求得：

式中，和是沿X、Y和Z轴正方向的单位向量。

计算电场强度分布的方法可以采用有限差分法、有限元法、模拟电荷法或其他方法。

所述温度分布符合导热微分方程：

式中，T为该点所在位置的热力学温度，t为时间，ρ、c和λ分别为该点所在材料的密度、比热容和导热系数，Φ是场域内的热源(绝缘子的表面和电弧都可作为热源)。

计算温度分布的方法可以采用有限差分法、有限元法或其他方法。

所述电弧发展方向的概率可由下式计算

式中，n是电弧可能发展方向的个数，P(i)是电弧向第i个方向发展的概率，E_i是沿第i个方向的电场强度大小，E_c是空气的击穿场强。τ(x)是一个阶跃函数：

本发明相比现有技术，具有如下的有益效果：