[发明专利]一种模拟非均匀电场击穿电压虚拟实验系统和方法

说明书

本发明公开了一种模拟非均匀电场击穿电压虚拟实验系统和方法，所述系统包括极尖‑平板模块、电压模块和击穿展示模块，所述的电压模块包括PC机模块、调压模块、判断模块及显示模块。所述方法包括以下步骤：1、构成对应的二维关系表，并输入到系统中，供系统在运转时随时调用；2、初始化系统，运行极尖‑平板模块，产生虚拟电场；3、运行调压模块，逐渐增大电压；4、运行电压模块；5、运行判断模块；6、运行击穿展示模块，展示虚拟击穿过程。本发明不需要投入物理高压及其配套设备，具有经济性；远程实验足够灵活，既能保证实验的安全性，又能摆脱实验场所、物理设备的高压等级和绝缘要求等限制。

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种模拟非均匀电场击穿电压虚拟实验系统和方法。

背景技术

电力系统包括了许多电气设备，而有的电气设备故障会威胁到整个系统的供电安全。为此，需要对电气设备按规定开展检测试验工作，保证电力系统安全运行。电子器件都有能承受的最高耐压值，超过该允许值，器件存在失效风险，元件会报废。击穿就是绝缘物质在电压的作用下发生剧烈放电或导电的现象。

当前已有的关于高压虚拟结合的实验方法和研究的技术文献，如陶劲松，张淑娟，文习山，袁艺嘉.虚拟结合实验方法应用于高压实验教学[J].电气电子教学学报.2014(1).76-78、刘法水，梁贵媛.高压电气设备三维虚拟实验场景的建模与优化[J].中国教育技术装备.2008(12).87-88.等，大多数研究直接从高压实验的场景入手，主要对各个设备模块进行虚拟，利用动画场景的方式展现实验过程，而没有对实验过程中击穿电压与间隙距离之间的关系进一步虚拟仿真。

对于高压设备，需要对其进行击穿电压的测试，判断其工作电压范围。实际上，高压设备的击穿电压实验需要配备升压装置及配备安全措施等，这涉及大量专用电力高压和辅助设备，花费需求大，而且受实验场所、物理设备的电压等级和绝缘要求等限制。因此，为了解决上述问题，提出一种模拟非均匀电场击穿电压虚拟实验系统和方法，基于非均匀电场击穿电压原理，构建能直观展现非均匀电场击穿电压的虚拟实验系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种虚拟非均匀电场击穿电压实验系统及方法，该系统能以系统形式生成虚拟电力设备，并模拟该虚拟电力设备所对应的实体电力设备的运行状态，并以电场线、颜色和声音等变量抽象呈现或数值变量直观呈现虚拟非均匀电场中的电压变化情况，同时模拟电场被击穿的物理现象。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种模拟非均匀电场击穿电压虚拟实验系统，所述系统包括极尖-平板模块、电压模块和击穿展示模块，所述的电压模块包括调压模块、判断模块及电压显示模块，所述极尖-平板模块、调压模块、电压显示模块、判断模块和击穿展示模块依次连接；以上模块主要通过PC机模块和显示器实现；

所述极尖-平板模块，用于模拟实物的极尖和平板之间的虚拟电场，并调节虚拟极尖和平板间的距离；

所述调压模块，用于调节虚拟极尖和平板之间的虚拟电场的虚拟电压值，分为手动调压模式和自动调压模式；

所述电压显示模块包括电场线显示模块、声音显示模块、颜色显示模块和数字化显示模块；其中，电场线显示模块是以电场线的疏密来显示电压的大小；声音显示模块是以声音显示电压的大小；颜色显示模块是以颜色显示电压的大小；数字化显示模块则是直接用数字显示当前电压值；

所述判断模块，有两级系统内置的判断语句，第一级判断语句决定执行运行调用模块还是插值模块，第二级判断语句则是判断该环境条件是否为标准条件下；

所述击穿展示模块，用于显示虚拟电场被击穿的画面，并且虚拟电场被击穿通过警报器提示。

进一步地，调节虚拟极尖和平板间的距离分为手动任意调节和手动精准调节；手动任意调节的实现方式是由实验人员直接拖动虚拟极尖或虚拟平板来控制两者的距离；