[发明专利]一种用于表征球隙电场分布的最短路径特征集

说明书

本发明涉及高电压与绝缘技术，具体涉及一种用于表征球隙电场分布的最短路径特征集，通过静电场仿真计算获取球隙的三维电场分布，将两个球电极之间最短几何距离所在的路径定义为最短路径，在最短路径上等距选取n个取样点，提取n个取样点的坐标、电场强度等原始数据，绘制最短路径电场分布曲线，以电场强度最小值所在的取样点为临界点，将电场分布曲线划分为高压段和低压段，分别在高压段和低压段定义电场特征量，根据所提取的原始数据及特征量计算公式获取表征球隙电场分布的最短路径特征集，包括电场强度、电场梯度、电场平方、电场强度积分、路径长度、电场不均匀度类特征量。该最短路径特征集提取过程简单，可以完善的表征球隙电场分布。

技术领域

本发明属于高电压与绝缘技术领域，尤其涉及一种用于表征球隙电场分布的最短路径特征集。

背景技术

绝缘强度预测是高压电工装备智能设计与制造的短板之一，由于各类电介质的放电理论均不完善，放电过程缺乏明确的控制方程，因而目前仍难以实现不同间隙结构的放电电压计算。对于某一间隙结构，在特定的加载电压和介质属性下，其放电过程的随机性较强，但放电电压的分散性却可以控制在一定范围内，因此可以认为其绝缘强度取决于间隙结构，若能建立绝缘强度与间隙结构的关联性，则有望实现不同间隙结构的绝缘强度预测，进而指导电工装备的绝缘设计。

在已有研究中，大多通过试验建立放电电压与间隙距离、电极尺寸等简单几何参数之间的经验公式，这类公式往往适用范围有限，难以推广至其他间隙布置，对于实际电工装备中的复杂间隙结构，也无法采用简单几何参数对其结构进行表征。在“基于电场特征量和SVM的空气间隙击穿电压预测”(《中国电机工程学报》，2015年第3期)和“稍不均匀电场空气间隙击穿电压计算的新方法”(《高电压技术》，2015年第2期)等已公开的技术中，提出了采用电场特征集表征空气间隙结构、进而实现击穿电压预测的思路，并从“整个区域、放电通道、电极表面、放电路径”4个方面提取电场特征量。然而，对于复杂工程间隙结构，如输电线路-杆塔空气间隙，电极结构极不规则，“整个区域、放电通道、电极表面”等空间区域难以定义，导致该组电场特征集的推广性有限，制约了击穿电压预测方法的应用。如何建立一种易于提取、便于推广的电场特征集，用以对间隙结构进行表征，成为亟待解决的问题。

对于任意两电极结构空气间隙，最短间隙距离所在的路径(最短路径)是具有普遍性的空间区域，而三维电场分布可以映射至该一维路径，只要间隙结构发生变化，该路径上的电场分布特征均会对应地发生变化。因此，在该路径上定义电场特征量，有望推广至任意两电极结构空气间隙。球隙是一种典型电极空气间隙，也是用于各类电介质放电特性研究的切入点。以球隙为研究对象，提出一种表征间隙结构电场分布的最短路径特征集，可为复杂工程间隙结构的电场表征提供参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种将不同球径、不同间隙距离的球隙三维电场分布情况表征为一维最短路径上的特征量的方法。为进一步建立电场特征集与放电电压的关联性、实现球隙击穿电压预测奠定基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于表征球隙电场分布的最短路径特征集，包括以下步骤：

步骤1、通过静电场仿真计算获取球隙的三维电场分布，将两个球电极之间最短几何距离所在的路径定义为最短路径；

步骤2、在最短路径上等距选取n个取样点(n为正整数)，提取n个取样点的坐标、电场强度的原始数据；

步骤3、绘制最短路径电场分布曲线，以电场强度最小值所在的取样点为临界点，将电场分布曲线划分为高压段和低压段，分别在高压段和低压段定义电场特征量；

步骤4、根据步骤2所提取的原始数据及步骤3所定义的电场特征量计算公式获取表征球隙电场分布的最短路径特征集，将三维电场分布映射至一维路径特征。

在上述的用于表征球隙电场分布的最短路径特征集中，一个球电极施加高电压，另一球电极施加低电压或接地。