局部放电研究剖析课件

1、局部放电物理模型、频谱分析研究班级：电自101班定义：在极不均匀电场中，可能只有部分间隙中的场强达到临界值，出现放电，这种现象叫做局部放电。意义：在整个研究过程中，我们各施其职，展现了各自优秀的能力。并且达到了深化课程学习，理解课程内容的目的 背景：为提高高电压技术的学习效果，同时基于本课程的理解以及深化对流注理论的认识，我们选择了局部放电的研究课题系统的背景及意义主要内容第一部分：电子崩、流注理论相关介绍第二部分：局部放电的数学模型研究第三部分：参考文献第四部分：献给我们自己第一部分汤逊理论认为，d 较小时气体间隙的击穿主要由电子的碰撞游离和正离子撞击阴极表面造成的表面游离所引起的。电子崩形

2、成如下图所示：图1流注理论在外施电场作用下，电子崩由阴极向阳极发展，由于气体原子（或分子）的激励、电离、复合等过程产生光电离，在电子崩附近由光电子引起新的子电子崩，电子崩接近阳极时，电离最强,光辐射也强。光电子产生的子电子崩汇集到由阳极生长的放电通道，并帮助它的发展，形成由阳极向阴极前进的流注 图2第二部分 局部放电的数学模型研究参考相关文献建立了局部放电含内部介质气道的人工试样模型与其等效电路图如下：图3由电路模型外施电压引起的内部气道中的电场强度Eg近似为：式中 u外施电压内部气道的厚度， 且d=d2=d3=0.18mm 聚醋材料在工频室温时的相对介电系数，取=3.2式(1) 与在平板形绝

3、缘结构中含有扁平内部气隙时得到的结果完全一致(1)设内部气道里向如图2所示，根据气体放电理论可知，描述内部放电的动态过程数学模型就是下列连续方程 ： 式中：电子电荷密度 电子迁移速度 电子碰撞电离系数 x空间变量 t时间变量 为了求解偏微分方程(2)，还必须确定相应的初始条件和边界条件 初始条件 （3） 边界条件 （4）对于方程及初始条件和边界条件，利用仍变换方法可以导出描述内部局部放电电脉冲的动态时域特性，即流过气隙间距为d的平均电子流密度如下对于方程及初始条件和边界条件，利用仍变换方法可以导出描述内部局部放电电脉冲的动态时域特性，即流过气隙间距为d的平均电子流密度 如下式中是内部气道负表面

4、单位面积上的初始电荷密度；m，n，T，a是与电场强度和时间有关的中间变量，其定义详见文献 （5）考虑到内部气道中总电场强度E，包括外施电压产生的电场强度和内部局部放电产生的电子电荷电场Ee这两部分，即 Eg按式一计算，因为气道内部的尺寸比 故可以采用一维泊松方程求解如下：（6）（7）图4是在不同的外施电压和内部气压条件下计算得到的内部放电电脉冲的动态 对于图4所示的电脉冲时域特性，可以采用非线性指数脉冲函数进行非线性曲线拟合。根据多次计算结果可知，选用下列指数脉冲函数作为拟合函数较为合理。其中是C1、C2是常数，且C10，C20，t0在实际计算时，考虑到图4的特殊情况将式(8)变为如下形式:（

5、8）（9）式中x=(t-t0),且x0t0是在一定外施电压和内部局部放电电脉冲幅值开始剧增成为电脉冲峰值10%瞬时时间；t是任意时间tt0，y代表 时刻所对应的电脉冲幅值 。将式（9）变形为：（10）令：则式（10）变为下式：（11）式（11）表明Z与成线性关系，这样通过上述变换，已将非线性曲线拟合转变为较易进行的线性回归，从而可以确定非线性拟合函数 。在进行上述拟合时相关系数R按定义如下： （12）其中：并且 。若 越接近1，则表示拟合的相关性越好，所选取的拟合函数越好。在确定了系数C1、C2后，就可以按Fourier变换方法和拟合函数（8）求出其相应频域特性（13）幅频特性为：（14）其中

6、，为角频率，f为频率。归一化后的幅频特性 ：（15）由该特性方程可得出频率特性如下图示图4 局部放电电脉冲的频谱特性图4是两种不同条件下的计算结果，可见计算得到的内部局部放电电脉冲的频谱特性中确实有大量的高于频率的高频信号分量，并且有超过的高频分量，图4中拟合相关系数接近于1说明拟合效果满意，拟合函数选择得好。P=60kPa，u=1.8kvP=40kPa，u=1.2kv图5内部局部放电的频域特性第三部分 全文总结我们在一定的近似条件下建立了描述内部局部放电的动态数学模型，并利用数值近似求解法获得了内部局部放电电脉冲动态时域特性的近似数值解，为了解决一些参数是时间的复杂隐函数的困难，本文成功地采用非线性曲线拟合的方式进行了曲线拟合，效果满意；并对拟合函数进行了Fourier变换，确定了内部局部放电电脉冲的频域特性。上述计算结果与相关文献中实测结果基本相符， 从而证实了本文数学模型和计算方法的正确性和可行性。本文研究结果还表明，内部局部放电电脉冲中包含有大量的频率大于的1MHz高频分量，不能忽略。 第四部分 我们自己组长：张 岩（负责整个研究过程中人员的配置和协商，及研究报告的编写排版）组员：杨建洲（PPT制作） 楚禹航（PPT答辩及讲解） 胡 强（外文期刊文献翻译） 杜佳徽（相关资料文献收集整理） 杨庆超（相关资料文献收集整理） 薛