[发明专利]一种棒-板气隙的电场分布特征集

说明书

本发明公开了一种棒‑板气隙的电场分布特征集，建立棒‑板气隙仿真模型，对棒电极施加高电位U，对板电极施加零电位，利用有限元法计算气隙的静电场分布，定义电场分布特征提取场域与提取路径，分别从中提取特征量；电场分布特征提取场域是以棒电极端部为顶点，顶角为θ，底面为电位等于x·U的等位面构成的圆锥形区域；电场分布特征提取路径是以棒电极端部为起点、板电极中心为终点的连线构成的路径。相比于现有技术中采用“整个区域、放电通道、电极表面、放电路径”等空间区域进行电场分布的特征定义，本发明提供兼顾了特征提取的效率和特征表达的完善性，推广性能更好，更适用于作为气隙放电电压预测模型的输入参数。

技术领域

本发明属于高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种棒-板气隙的电场分布特征集。

背景技术

棒-板气隙是高电压放电研究常用的典型间隙类型，输变电工程的外绝缘设计主要依靠试验获取放电电压与间隙距离的关系式，通常以棒-板气隙的放电特性作为参照，根据间隙系数拟合工程间隙的放电特性。然而，仅通过间隙距离、电极尺寸等简单几何参数难以有效表征气隙的三维结构，根据试验数据拟合出的经验公式往往适用范围有限。气隙结构与静电场分布一一对应，通过信息更丰富的三维空间电场分布描述气隙结构，相比于简单几何参数更具合理性，因此，有必要提出一种可量化的气隙电场分布特征集。

目前，对气隙电场分布特征集已有相关研究。例如，在“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)等已公开的技术中已经探讨了电场分布特征参数表征间隙结构的可行性，并定义了“整个区域、放电通道、电极表面、放电路径”等按区域划分的4大类特征量；“球隙最短路径电场特征量与工频击穿电压预测”(《武汉大学学报(工学版)》，2019年第11期)从“最短路径”上提取电场特征量用以球隙工频击穿电压预测。然而，对于较为复杂的工程气隙，若采用上述公开技术，则难以从“整个区域、放电通道、电极表面、放电路径”等区域进行特征提取，仅从“最短路径”定义相关特征又难以全面表征整个气隙的三维空间结构。为了实现间隙结构的合理表达，除了采用气隙的高、低压电极之间的最短路径上的电场特征量之外，还需进一步在两电极之间定义特征提取场域，形成更加合理、易于提取的气隙电场分布特征集。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种棒-板气隙的电场分布特征集，为进一步建立电场分布特征集与放电电压的关联性、实现复杂工程间隙结构的放电电压预测提供基础特征参数。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种棒-板气隙的电场分布特征集，其特征在于：建立棒-板气隙仿真模型，对棒电极施加高电位U，对板电极施加零电位，利用有限元法计算气隙的静电场分布，定义电场分布特征提取场域与提取路径，分别从中提取特征量。

电场分布特征提取场域是以棒电极端部为顶点，顶角为θ，底面为电位等于x·U的等位面构成的圆锥形区域，在该场域内提取的电场分布特征集包括：

电场强度最大值E_m、平均值E_a、最小值E_n、中位数E_M；电场畸变率E_dis；电场能量W与能量密度W_d；电场强度EE_a区域的体积比V_ra与能量比W_ra；电场强度EE_M区域的体积比V_rM与能量比W_rM；电场强度Eb·E_m区域的体积比V_rb与能量比W_rb，其中b＝0.9、0.75、0.5、0.25。

电场分布特征提取路径是以棒电极端部为起点、板电极中心为终点的连线构成的路径，在该路径上提取的电场分布特征集包括：