[发明专利]负极性电晕放电连续性电流脉冲仿真方法

说明书

本发明公开了负极性电晕放电连续性电流脉冲仿真方法，具体为：步骤1，根据针‑板电极结构，在COMSOL软件中建立二维轴对称模型确定计算区域，并采用三角形单元对二维轴对称模型进行网格剖分；步骤2，采用Bolsig+软件求解两项玻尔兹曼方程，获得放电气体的约化电离系数、约化吸附系数、电子迁移率、电子扩散率；步骤3，通过建立负极性电晕放电的连续性电流脉冲形成机制，并在针电极尖端处设置电子的边界条件为二次电子通量，计算电子、正离子、负离子的时空分布；步骤4，计算放电电流。本发明解决了现有技术中仅能获得单次放电脉冲的问题。

技术领域

本发明属于电力设备绝缘监测与故障诊断技术领域，涉及负极性电晕放电连续性电流脉冲仿真方法。

背景技术

SF₆气体由于优良的绝缘和灭弧性能，已作为绝缘介质被广泛应用于电力设备中。然而，SF₆气体的温室效应非常严重，其全球变暖潜能值是CO₂的23900倍。目前，在SF₆替代气体方面的研究主要集中在SF₆与N₂和CF₄的混合气体、CF₃I及其混合气体、c_C₄F₈及其混合气体，C₄F₇N及其混合气体、C₅F₁₀O及其混合气体、C₆F₁₂O及其混合气体等。

然而，电力设备在制造、安装及运行过程中，不可避免会留下毛刺、金属微粒等，从而造成设备内部电场畸变，引发局部放电甚至闪络，使得绝缘介质的绝缘性能下降。电晕放电是高压电气设备中最典型的局部放电形式，多由导体上的尖端或凸起所致。研究SF₆及其替代气体的电晕放电机理，对预防电力系统突发性的绝缘故障及保障电力系统安全可靠运行具有重要意义。

由于缺乏有效的实验手段检测电晕放电的微观特征量，采用数值模拟技术来研究电晕放电的脉冲特性及放电发展过程为揭示电晕放电机理提供了新思路。现有的研究大多集中在空气、N₂、O₂等，关于SF₆及其替代气体电晕放电的电流脉冲特性的研究非常少，且大多仅能获得单次放电脉冲。

发明内容

本发明的目的是提供负极性电晕放电连续性电流脉冲仿真方法，解决了现有技术中仅能获得单次放电脉冲的问题。

本发明所采用的技术方案是，负极性电晕放电连续性电流脉冲仿真方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，根据针-板电极结构，在COMSOL软件中建立二维轴对称模型确定计算区域，并采用三角形单元对二维轴对称模型进行网格剖分；

步骤2，采用Bolsig+软件求解两项玻尔兹曼方程，获得放电气体的约化电离系数α/N、约化吸附系数η/N、电子迁移率μ_e、电子扩散率D_e；

其中，α为电离系数，η为吸附系数，N为粒子的总数密度；

步骤3，通过建立负极性电晕放电的连续性电流脉冲形成机制，并在针电极尖端处设置电子的边界条件为二次电子通量，计算电子、正离子、负离子的时空分布；

步骤4，计算放电电流。

本发明的特征还在于，

在步骤1中，计算区域包括针电极的边界、板电极的边界、针板间隙的放电区域。

在步骤1中，针-板电极中的针电极直径为4mm，针电极的曲率半径为0.3mm，板电极直径为120mm，板电极的厚度为10mm，针板间隙为8mm。

在步骤1中，网格剖分过程中，针电极2及针板间隙处的网格密度大于远离针电极2及针板间隙处的密度。