[发明专利]一种聚合物电树枝发展数字孪生模型建立方法

说明书

本发明提供的一种聚合物电树枝发展数字孪生模型建立方法，所述建立方法包括：建立电树枝发展模型；在监测前对聚合物材料进行电树枝培养实验，获取材料参数信息；对聚合物材料进行局部放电检测，记录局部放电信息，计算局部放电特征值，所述局部放电特征值包括局部放电斜度特征值和局部相位分布偏离度特征值；根据所述局部放电特征值划分所述聚合物材料内部电树枝的种类，并确定电树枝的分形维数范围；根据所述种类和所述分形维数，结合所述材料参数信息，代入所述电树枝发展模型，获得电树枝发展模型的仿真结果；根据所述仿真结果对聚合物中电树枝的发展情况进行可视化展示。展示并预测聚合物绝缘材料内电树枝的发展情况。

技术领域

本发明涉及高压设备领域，尤其涉及一种聚合物电树枝发展数字孪生模型建立方法。

背景技术

在电力行业中，高分子聚合物绝缘材料由于其良好的机械性能、电气性能、耐酸碱性能以及易加工性，被广泛应用于架空输电线路、电缆、变电站、电机等的绝缘。对于聚合物绝缘材料，导致其发生电击穿的一个重要因素是前期出现的电树枝老化现象。电树枝是由于局部电场集中而产生的放电通道。当空间电荷注入放电通道时，放电通道内部发生的物理化学反应腐蚀绝缘材料，使电树枝向前发展，最终导致绝缘失效，对电力设备的安全稳定运行有着巨大威胁。在设备运行过程中，由于绝缘材料不透明，无法通过光学方法直观监测电树枝发展的情况。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种聚合物电树枝发展数字孪生模型建立方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种聚合物电树枝发展数字孪生模型建立方法，所述建立方法包括：

建立电树枝发展模型；

在监测前对聚合物材料进行电树枝培养实验，获取材料参数信息；

对聚合物材料进行局部放电检测，记录局部放电信息，计算局部放电特征值，所述局部放电特征值包括局部放电斜度特征值和局部相位分布偏离度特征值；

根据所述局部放电特征值划分所述聚合物材料内部电树枝的种类，并确定电树枝的分形维数范围；

根据所述种类和所述分形维数，结合所述材料参数信息，代入所述电树枝发展模型，获得电树枝发展模型的仿真结果；

根据所述仿真结果对聚合物中电树枝的发展情况进行可视化展示。

可选的，所述材料参数信息具体包括：

材料内部破坏能量阈值W_c、破坏电场阈值E_c、起始放电场强E_ign、剩余场强E_res。

可选的，所述电树枝发展模型考虑了电树枝通道的电荷传输、电场重新分布、通道变化以及破坏能量的产生和积累，通过模拟电场分布计算电树枝周围的点的击穿概率，从而模拟电树枝的发展过程；

模拟过程中将电树枝离散化，以下公式中上标n表示第n个时间点，下标i表示第i个模拟点。对于模拟过程中的第i个点在第n个时刻，电势表示为：

其中ε₀为真空环境下的介电常数；ε为材料的相对介电常数，和分别代表真实电荷以及其镜像电荷的位置；为与电荷自身相关的电势；d为仿真时采用的步长，新点随机分布于距离电树枝距离为d的区域内；

选取的新的点被加入原树的概率为：

式中所用到的θ(x)为一个阶跃函数，当自变量大于x时，阶跃函数值为1；当自变量小于x时，阶跃函数值为0；