1.一种单气隙绝缘介质局部放电仿真建模方法,其特征在于,包括以下步骤:(1),根据局部放电实验特性和物理过程选择绝缘介质模型;
(2),基于放电电荷在气隙中的衰减规律计算出不同极性情形下的放电延迟时间,确定放电起始和停止条件;
(3),引入感应电荷附加电容;
(4),引入气隙温度和压强对放电特性的影响;
(5),根据步骤(1),(2),(3),(4)建立含有感应电荷附加电容的单气隙绝缘介质局部放电仿真模型;
步骤(3)所述的引入感应电荷附加电容,具体方法如下:在放电过程结束后,系统电容Csys为:
其中,Cdie为未发生放电时系统的电容值,即绝缘介质和气隙总电容值;U0为气隙两端电压;qind为放电过程中产生的感应电荷量,其表达式为:式中,ε0为真空介电常数,εrel为绝缘介质相对介电常数,ΔE为放电前后气隙电场强度的变化量;K(a/b)为椭球形单气隙等效轴长比值的函数,表征气隙的形状,a为气隙长轴半径,b为气隙短轴半径; 为拉普拉斯方程 在边界条件为高压电极处u0=1,低压电极处u0=0的解,其中u0为外加电压在气隙处产生的电压与外加电压的比值;u为外加电压在气隙处产生的电压与气隙电压的比值;
由式(5)可知,放电过程中感应电荷的出现会引起系统电容的变化,得到系统电容变化量步骤(4)所述的引入气隙温度和压强对放电特性的影响,具体方法如下:假定放电过程中气体体积不变,根据气体状态方程:
式中:p0、T0和p1、T1为放电前和放电后气隙气体的压强和温度;
令p0、T0为标准大气条件,则放电后的气体压强为:放电温度TPD与放电量之间的关系为:
TPD=4.283q+17.02 (9)
其中,放电电荷量q为:
q=πε0b2{1+εrel[K(a/b)-1]}ΔE (10)放电间隙温度T'随时间的变化关系为:
T'=0.682exp[-(208.07t+0.1256)2]+0.651exp[-(90.66t-0.825)2] (11)式中,t为每次放电停止的时间;
因此气隙内气体温度T1为:
T1=TPDT' (12)
将式(12)代入式(8)即可得气隙内气体压强,再将求解出的气体压强代入式(3)、(4),即可得气隙压强变化时的相应放电特性。
2.如权利要求1所述的一种单气隙绝缘介质局部放电仿真建模方法,其特征在于:步骤(1)所述的绝缘介质模型采用椭球形单气隙绝缘介质模型。
3.如权利要求2所述的一种单气隙绝缘介质局部放电仿真建模方法,其特征在于,步骤(2)所述的确定放电延迟时间,具体方法如下:当气隙两端电压极性改变时,对应的放电延迟时间τewd为:式中:e为一个电子所带电量,α为气体碰撞电离系数,η为电子附着系数,E为气隙内电场强度,ε0为真空介电常数,Φ为等效逸出功,k为玻耳兹曼常数,T为气隙温度,S为气隙壁等效面积;G为表征气隙材料结构特性且与温度有关的函数,其表达式为:G=CtheT2 (2)
式中:Cthe为常数,其值为1.2×106Am-2K-2;
当气隙两端电压极性不变时,对应的平均放电延迟时间τrad为:式中:Vvoi为暴露在电场及辐射中的等效气体体积,Crad为辐射电离系数,Φrad为辐射量子通量密度,ρ为气体密度,p为气隙内部压强,ρ/p为辐射电离过程中的气体密度与压强之比;θ为过电压率,θ定义为气隙外加电压与放电起始电压的比值。
4.如权利要求3所述的一种单气隙绝缘介质局部放电仿真建模方法,其特征在于,步骤(2)所述的确定放电起始和停止条件,具体方法如下:放电的起始条件:椭球形气隙局部放电起始电压为
式中:(E/p)cri为当气体碰撞电离系数α与电子附着系数η相等时气隙内电场强度E与气体压强p的比值,l为平行电场方向上气隙长度,εrel为绝缘介质相对介电常数,Kcri为在电子崩产生的空间电荷形成的电场作用下,电子崩头中能使电子崩自持传播的电子数,C、β为常数; 为拉普拉斯方程 在边界条件为高压电极处u0=1,低压电极处u0=0的解,其中u0为外加电压在气隙处产生的电压与外加电压的比值;u为外加电压在气隙处产生的电压与气隙电压的比值;局部放电停止的条件应是大量电子向正极性气隙壁快速移动过程结束的条件。