一種空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電氣外絕緣領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[000引空氣間隙的放電特性是高壓交、直流輸變電工程的重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題。目前，輸變電工 程的外絕緣設(shè)計(jì)主要依賴(lài)放電特性試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，得出的擊穿電壓與間隙距離的單一關(guān)系 局限于特定的間隙結(jié)構(gòu)，而對(duì)于復(fù)雜的間隙結(jié)構(gòu)，難W通過(guò)電極尺寸、間隙距離等簡(jiǎn)單的幾 何參數(shù)對(duì)其進(jìn)行完全的表征，一旦間隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變就需要重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，而空氣間隙的 放電特性試驗(yàn)多存在周期長(zhǎng)、代價(jià)高的問(wèn)題。因此，有必要采用數(shù)值仿真手段獲取空氣間隙 的擊穿電壓，從而降低外絕緣設(shè)計(jì)所需試驗(yàn)次數(shù)。
[0003] 目前，空氣間隙的擊穿電壓預(yù)測(cè)主要是基于經(jīng)典放電理論，依次建立初始電暈起 始、流注先導(dǎo)轉(zhuǎn)化、連續(xù)先導(dǎo)發(fā)展和末躍等各個(gè)放電階段的數(shù)學(xué)模型或判據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)放 電全過(guò)程的仿真分析。然而，由于空氣間隙放電物理過(guò)程的內(nèi)在復(fù)雜性、測(cè)試手段的局限 性，W及數(shù)值求解算法的不確定性，目前研究中仍存在許多尚未解決的問(wèn)題，導(dǎo)致物理模型 的預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果仍存在一定的偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于此，本發(fā)明的目的在于，提出一種空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)方法，W提高空氣間 隙擊穿電壓預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性與便利性。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0006] 一種空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
[0007] 步驟1 ;選取若干典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙，確定影響其擊穿電壓的因素，針對(duì)各影 響因素，選擇水平范圍，生成因素水平執(zhí)行表；其中，典型電極結(jié)構(gòu)包括球、椿、板3種電極 結(jié)構(gòu)；所述擊穿電壓影響因素包括間隙類(lèi)型、電極端部形狀、間隙距離；間隙類(lèi)型的3個(gè)水 平指球-球、椿-板、椿-椿3種電極結(jié)構(gòu)；電極端部形狀的3個(gè)水平對(duì)于球-球間隙指3 種球直徑；
[000引步驟2 ;選用能夠考察上述因素各個(gè)水平的正交表，按照各試驗(yàn)號(hào)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)條 件依次進(jìn)行擊穿電壓試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)時(shí)的大氣環(huán)境條件及擊穿電壓試驗(yàn)值，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn) 行大氣條件校正；
[0009] 步驟3 ;對(duì)步驟2中得到的正交表中的典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙進(jìn)行靜電場(chǎng)計(jì)算，對(duì) 高壓電極施加上述擊穿電壓試驗(yàn)值，對(duì)低壓電極和外包空氣邊界施加零電化從靜電場(chǎng)分 布計(jì)算結(jié)果中提取表征空氣間隙儲(chǔ)能特征的電場(chǎng)分布參數(shù)；
[0010] 步驟4凍用支持向量機(jī)建立空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)模型，將步驟3中得到的電場(chǎng) 分布參數(shù)作為預(yù)測(cè)模型的輸入?yún)⒘?，W間隙在加載電壓下是否擊穿作為預(yù)測(cè)模型的輸出參 量，采用上述正交表中的典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙擊穿電壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行 訓(xùn)練，其中，預(yù)測(cè)模型的輸出參量為空氣間隙在加載電壓下是否擊穿，若擊穿，則輸出1 ;反 之，則輸出-1;支持向量機(jī)為支持向量分類(lèi)機(jī)；采用支持向量機(jī)建立空氣間隙擊穿電壓預(yù) 測(cè)模型后，通過(guò)網(wǎng)格捜索法對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)，所述的參數(shù)包括懲罰系數(shù)和 核函數(shù)參數(shù)；
[0011] 步驟5 ;對(duì)待預(yù)測(cè)電極結(jié)構(gòu)空氣間隙施加給定電壓，進(jìn)行靜電場(chǎng)計(jì)算并提取電場(chǎng) 分布參數(shù)，將電場(chǎng)分布參數(shù)輸入至上述經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后的支持向量機(jī)模型，通過(guò)預(yù)測(cè)得到其擊 穿電壓；具體是對(duì)待預(yù)測(cè)電極結(jié)構(gòu)空氣間隙施加電壓初值U。，若預(yù)測(cè)模型輸出-1，則升高 加載電壓至Uu+加，直至預(yù)測(cè)模型輸出1，則此時(shí)的加載電壓即為待預(yù)測(cè)電極結(jié)構(gòu)空氣間隙 的擊穿電壓；反之，若預(yù)測(cè)模型輸出1，則降低加載電壓至U。-加，直至預(yù)測(cè)模型輸出-1，從 輸出1至-1所對(duì)應(yīng)的臨界加載電壓即為待預(yù)測(cè)電極結(jié)構(gòu)空氣間隙的擊穿電壓。
[0012] 在上述的一種空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)方法，所述的步驟3和步驟5中，電場(chǎng)分布參 數(shù)包括電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)能量、能量密度、電場(chǎng)梯度、表面積、比例參數(shù)；所述的電場(chǎng)強(qiáng)度包括 電場(chǎng)強(qiáng)度最大值及平均值，所述的電場(chǎng)梯度包括電場(chǎng)梯度最大值、最小值和平均值，所述的 表面積指高壓電極表面超過(guò)X%最大電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域面積；所述的比例參數(shù)包括電場(chǎng)崎變 率，W及空氣間隙不同空間位置的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)X%最大電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域所占的體積比例 和相應(yīng)的電場(chǎng)能量所占的比例。
[0013] 本發(fā)明借助正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想，對(duì)空氣間隙擊穿電壓與電場(chǎng)分布參數(shù)的多維非 線(xiàn)性關(guān)系進(jìn)行訓(xùn)練，預(yù)測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性高，避免了分散性大、物理過(guò)程復(fù)雜、可測(cè)可控性 差的放電過(guò)程研究，有助于減少空氣間隙放電特性研究所需的試驗(yàn)量，降低試驗(yàn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 附圖1是本發(fā)明的方法流程示意圖。
[0015] 附圖2是本發(fā)明實(shí)施例中一組椿-球空氣間隙工頻擊穿電壓預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值對(duì)比 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0017] 實(shí)施例；
[0018] 圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)方法流程示意圖，本發(fā)明包括 如下步驟：
[0019] 步驟1 ;選取若干典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙，確定影響其擊穿電壓的因素，針對(duì)各影 響因素，選擇水平范圍，生成因素水平執(zhí)行表。
[0020] 本實(shí)施例中，選取球-球、椿-板、椿-椿3種典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙，其擊穿電壓 影響因素包括間隙類(lèi)型、電極端部形狀、間隙距離。間隙類(lèi)型的3個(gè)水平指球-球、椿-板、 椿-椿3種電極結(jié)構(gòu)；電極端部形狀的3個(gè)水平對(duì)于球-球間隙指3種球直徑，本實(shí)施例 中，選取6. 25畑1、10cm和15畑1，對(duì)于椿-板間隙和椿-椿間隙，指3種椿電極端部形狀，本 實(shí)施例中，選取圓錐角45°的錐形椿、直徑20mm的半球頭椿和直徑30mm的半球頭椿；間隙 距離的3個(gè)水平指3種不同大小的間距，本實(shí)施例中，球-球間隙的間距水平為lcm、2cm、 3cm，椿-板間隙的間距水平為1cm、2. 5cm、4cm，椿-椿間隙的間距水平為1cm、3cm、5cm。表 1為因素水平執(zhí)行表，對(duì)于球隙，Di、〇2、分別代表6. 25、10、15cmS種直徑；對(duì)于椿-板和 椿-椿間隙，〇1、〇2、〇3分別代表45。圓錐椿、巫20mm半球椿、巫30mm半球椿S種椿端形狀。 間距的3個(gè)水平di、d2、ds分別代表S種不同的間距。
[0021] 表1為因素水平表
[0022]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： 步驟1:選取若干典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙，確定影響其擊穿電壓的因素，針對(duì)各影響因 素，選擇水平范圍，生成因素水平執(zhí)行表；其中，典型電極結(jié)構(gòu)包括球、棒、板3種電極結(jié)構(gòu)； 所述擊穿電壓影響因素包括間隙類(lèi)型、電極端部形狀、間隙距離；間隙類(lèi)型的3個(gè)水平指 球-球、棒-板、棒-棒3種電極結(jié)構(gòu)；電極端部形狀的3個(gè)水平對(duì)于球-球間隙指3種球 直徑； 步驟2 :選用能夠考察上述因素各個(gè)水平的正交表，按照各試驗(yàn)號(hào)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)條件依 次進(jìn)行擊穿電壓試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)時(shí)的大氣環(huán)境條件及擊穿電壓試驗(yàn)值，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行大 氣條件校正； 步驟3 :對(duì)步驟2中得到的正交表中的典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙進(jìn)行靜電場(chǎng)計(jì)算，對(duì)高壓 電極施加上述擊穿電壓試驗(yàn)值，對(duì)低壓電極和外包空氣邊界施加零電位，從靜電場(chǎng)分布計(jì) 算結(jié)果中提取表征空氣間隙儲(chǔ)能特征的電場(chǎng)分布參數(shù)； 步驟4 :采用支持向量機(jī)建立空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)模型，將步驟3中得到的電場(chǎng)分 布參數(shù)作為預(yù)測(cè)模型的輸入?yún)⒘浚蚤g隙在加載電壓下是否擊穿作為預(yù)測(cè)模型的輸出參 量，采用上述正交表中的典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙擊穿電壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行 訓(xùn)練，其中，預(yù)測(cè)模型的輸出參量為空氣間隙在加載電壓下是否擊穿，若擊穿，則輸出1 ;反 之，則輸出-1 ;支持向量機(jī)為支持向量分類(lèi)機(jī)；采用支持向量機(jī)建立空氣間隙擊穿電壓預(yù) 測(cè)模型后，通過(guò)網(wǎng)格搜索法對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)，所述的參數(shù)包括懲罰系數(shù)和 核函數(shù)參數(shù)； 步驟5 :對(duì)待預(yù)測(cè)電極結(jié)構(gòu)空氣間隙施加給定電壓，進(jìn)行靜電場(chǎng)計(jì)算并提取電場(chǎng)分布 參數(shù)，將電場(chǎng)分布參數(shù)輸入至上述經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后的支持向量機(jī)模型，通過(guò)預(yù)測(cè)得到其擊穿電 壓；具體是：對(duì)待預(yù)測(cè)電極結(jié)構(gòu)空氣間隙施加電壓初值％，若預(yù)測(cè)模型輸出-1，則升高加載 電壓至％+dK直至預(yù)測(cè)模型輸出1，則此時(shí)的加載電壓即為待預(yù)測(cè)電極結(jié)構(gòu)空氣間隙的擊 穿電壓；反之，若預(yù)測(cè)模型輸出1，則降低加載電壓至直至預(yù)測(cè)模型輸出-1，從輸出1 至-1所對(duì)應(yīng)的臨界加載電壓即為待預(yù)測(cè)電極結(jié)構(gòu)空氣間隙的擊穿電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述的步驟 3和步驟5中，電場(chǎng)分布參數(shù)包括電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)能量、能量密度、電場(chǎng)梯度、表面積、比例參 數(shù)；所述的電場(chǎng)強(qiáng)度包括電場(chǎng)強(qiáng)度最大值及平均值，所述的電場(chǎng)梯度包括電場(chǎng)梯度最大值、 最小值和平均值，所述的表面積指高壓電極表面超過(guò)x%最大電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域面積；所述的 比例參數(shù)包括電場(chǎng)畸變率，以及空氣間隙不同空間位置的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)x%最大電場(chǎng)強(qiáng)度 的區(qū)域所占的體積比例和相應(yīng)的電場(chǎng)能量所占的比例。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種空氣間隙擊穿電壓預(yù)測(cè)方法，選取若干典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙，確定影響其擊穿電壓的因素及水平范圍；選用能夠考察上述因素各個(gè)水平的正交表，按照各試驗(yàn)號(hào)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)條件依次進(jìn)行擊穿電壓試驗(yàn)；加載擊穿電壓試驗(yàn)值對(duì)典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙進(jìn)行靜電場(chǎng)計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果中提取電場(chǎng)分布參數(shù)；采用支持向量機(jī)建立擊穿電壓預(yù)測(cè)模型，將電場(chǎng)分布參數(shù)作為模型的輸入，以間隙在加載電壓下是否擊穿作為模型的輸出，采用典型電極結(jié)構(gòu)空氣間隙擊穿電壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行訓(xùn)練，從而預(yù)測(cè)得到其他電極結(jié)構(gòu)的空氣間隙擊穿電壓。本發(fā)明預(yù)測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性高，有助于減少空氣間隙放電特性研究所需的試驗(yàn)量，降低試驗(yàn)成本。
【IPC分類(lèi)】G01R31-12
【公開(kāi)號(hào)】CN104880650
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510276083
【發(fā)明人】阮江軍, 邱志斌, 黃道春, 廖一帆, 張福增, 魏夢(mèng)婷, 唐烈崢, 黃從鵬, 徐聞婕
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日