[发明专利]一种基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法

权利要求书

1.一种基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、基于单相电弧故障实验，建立电弧故障仿真的几何模型；

S20、根据电弧起弧以及持续燃烧的物理本质，通过有限元仿真计算出电弧故障的电气参数和外部物理特征；

电弧故障的电气参数包括电压、短路电流、导体间隙和采样率，电压为600V、短路电流为5kA、导体间隙1英寸、采样率为200kHz；

电弧故障的电气参数和外部物理特征，根据电弧起弧以及持续燃烧的物理本质，将电磁场、热场、流场利用N-S方程与Maxwell方程耦合计算得出；

磁流体的分析计算包括质量守恒、动能守恒、能量守恒方程：

质量守恒方程为

动量守恒方程为

能量守恒方程为

在方程中，ρ表示密度、表示速度、p表示压强、τ表示剪切应力、表示电流密度、表示磁感应强度；h表示热含量、λ表示导热系数、C_p表示比热容、S_rad表示辐射损耗和表示电场强度；

其中，Maxwell方程由四个方程组成:描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律，在电弧的形成与维持过程中的电磁效应满足maxwell方程组：

在方程组中：σ表示电导率，φ表示电势，表示磁势，μ₀表示真空磁导率，电极的温度设置为2900k；

S30、对比实验采集与仿真计算得到的电流参数，以判断仿真计算结果的有效性；

S40、在仿真计算结果有效的情况下，于仿真区域中标定用于检测起弧过程以及电弧持续燃烧时磁场变化的测量点，以建立空间电流密度与磁场之间的关系模型；

S50、将反映到测量点故障特征最微弱的电弧位置以及电弧间隙尺寸工况下的测量结果，作为诊断区域内是否发生电弧故障的判据；

S60、改变仿真区域内导体和电弧间隙的几何尺寸,并对所述几何模型进行网格划分；

S70、根据实际电弧实验参数调整输入电压和短路电流，并通过有限元仿真计算得出各工况和各几何结构下电弧故障发生后的磁场分布；

S80、将各组实验测量点的数值结果进行拟合，得出电弧故障定位的判据。

2.根据权利要求1所述的基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法，其特征在于，步骤S10中，所述几何模型的参数包括导体的尺寸、电弧的间隙以及实验设备之间的相对位置。

3.根据权利要求1所述的基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法，其特征在于，步骤S40中，空间电流密度与磁场之间的关系模型通过Biot-Savart定律推导得出。

4.根据权利要求3所述的基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法，其特征在于，步骤S40中，空间电流密度与磁场之间的关系模型式中：

B为磁感应强度，

S为网格面积，

μ₀为真空磁导率，

r为测量点距离导体的垂直距离，

α，β为对应测量点到与导线首末端连线的夹角。

5.根据权利要求4所述的基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法，其特征在于，步骤S40中，电流元在测量点产生的磁感应强度可计算模型为：式中：

μ₀为真空磁导率，

为电流元指向测量点的单位向量，

r为测量点到导线的垂直距离。

6.根据权利要求1所述的基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法，其特征在于，步骤S50中，诊断区域内是否发生电弧故障的判据模型为：式中：▽J^A为A测量点电流密度的变化梯度、为B测量点电流密度的变化梯度。

7.根据权利要求1所述的基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法，其特征在于，步骤S50中，诊断区域内是否发生电弧故障的判据模型为：式中：为A测量点电流密度的变化梯度、为B测量点电流密度的变化梯度。