[发明专利]一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法

说明书

本发明公开了一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法，其利用有限元法计算输电线路‑杆塔空气间隙的静电场分布，以导线或均压环表面电场强度最大值所在位置为起点，以杆塔塔身或横担距离高压电极最近的一条平行线上的电场强度最大值所在位置为终点，将两点的连线作为电场特征提取路径；以导线或均压环上的电场强度最大值所在位置为顶点，顶角为θ，底面为电位等于x·U的等位面构成的锥形场域作为电场特征提取场域。在上述路径与场域内分别提取54个和19个与电场分布相关的特征量，用以表征输电线路杆塔空气间隙的三维空间结构。本发明兼顾了特征提取的效率和特征表达的完善性，可为输电工程外绝缘空气间隙放电电压预测模型提供输入参数。

技术领域

本发明属于高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法。

背景技术

空气间隙是高压输电线路的主要外绝缘形式，其放电电压是输电工程外绝缘设计的主要依据。目前，放电电压的确定主要依靠成本高、周期长的放电试验，根据试验数据拟合放电电压与间隙距离的经验公式。然而，仅通过间隙距离难以有效表征输电线路杆塔间隙的三维空间结构，经验公式的适用范围有限，难以推广至各类复杂工程间隙结构。间隙结构与静电场分布一一对应，通过信息更丰富的空间电场分布描述输电线路杆塔间隙结构，构建参数化的电场分布特征集，有望为建立间隙结构与放电电压的关联性、实现工程间隙的绝缘强度预测提供可行方法。

目前，对空气间隙的电场分布表征方法已有相关研究。例如，在“一种棒-板间隙结构的电场表征方法”(ZL 201810069950.8)、“一种用于表征球隙电场分布的最短路径特征集”(ZL 201810070448.9)等已公开的技术中已经提出了用以棒-板间隙、球隙等典型结构空气间隙的电场表征方法。现有技术从空气间隙两电极之间的最短路径上定义与电场分布相关的特征量，并将其作为机器学习模型的输入参数，用以典型结构空气间隙的击穿电压预测。然而，对于实际工程中结构复杂的输电线路杆塔空气间隙，若采用上述公开技术提出的最短路径电场特征集，则无法全面反映影响间隙放电的导线、横担、塔身等复杂电极结构及由其决定的空间电场分布。为了实现间隙结构的合理表征，除了采用最短路径上的电场特征量之外，还需进一步在导线与均压环构成的高压电极和杆塔塔身或横担构成的接地电极之间定义特征提取场域，形成适用于输电线路杆塔间隙结构的电场分布特征集。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法，为合理表征复杂工程间隙的三维空间结构，并进一步实现输电工程外绝缘间隙的放电电压预测提供基础特征参数。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种输电线路杆塔空气间隙的电场分布表征方法，其特征在于，根据输电线路杆塔间隙结构尺寸建立三维仿真模型，对导线、均压环、线夹、绝缘子高压侧金具等电极施加高电位U，对杆塔塔身与横担等接地电极施加零电位，利用有限元法计算输电线路-杆塔空气间隙的静电场分布，定义电场分布特征提取路径与提取场域，分别从中提取特征量。

以面向杆塔塔身或横担一侧的导线(含线夹)或均压环表面电场强度最大值所在位置为起点，以杆塔塔身或横担距离高压电极最近的一条平行线上的电场强度最大值所在位置为终点，将两点的连线作为电场特征提取路径。将该路径选取n个采样点，将其等分为n-1段，通过后处理提取每个采样点的电场强度E_i、每一段的平均电场强度E_ia及其平方值W_i(1≤i≤n)，以及相应的坐标位置作为原始数据，在该路径上采用54个物理量或数学量表征输电线路杆塔空气间隙的空间电场，具体包括：