CN109085479A - 基于comsol的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法 - Google Patents

基于comsol的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法 Download PDF

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王力农
宋斌
张秋实
方雅琪
李恩文
侯显洲
蔡如意
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及长间隙放电技术，具体涉及基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法，包括以下步骤：步骤1、使用COMSOL软件建立棒电极间隙模型；步骤2、确定放电路径及其长度d；步骤3、设置等效流注空间电荷；步骤4、设置边界条件，赋予模型材料属性；步骤5、划分网格并计算棒电极表面最大电位U；步骤6、计算间隙特性函数R；步骤7、计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压U 50 。该计算方法通过在COMSOL中对棒电极间隙模型进行电位计算，计算出间隙特性函数后，根据连续先导起始模型与放电电压计算模型计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压。与传统间隙放电试验相比，大大节约了时间成本与人力、物力，具有重要的工程意义。

Description

基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法
技术领域
本发明属于长间隙放电技术领域，尤其涉及基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法。
背景技术
随着经济的快速发展，我国电网的建设要求也在不断提高。为了保证经济的高速发展，我国电网电压等级不断提高。电网电压等级的提高是以大量长间隙试验数据为基础的，长间隙放电特性复杂，是高压输变电工程长期关注的基础问题，其中棒电极间隙正极性操作冲击放电电压具有重要的技术指导意义。
目前，我国采用间隙放电试验方法获得棒电极间隙正极性操作冲击放电电压，试验时间成本大，耗费巨大的人力、物力。因此，如何更合理地设计棒电极间隙放电试验是一直在研究的课题。合理计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压是一种有效的解决方法。根据计算结果进行试验设计，可以节省大量成本，具有重要的工程意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过仿真计算棒电极间隙间隙特性函数，根据连续先导起始模型与放电电压计算模型有效计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压的方法，以更好地设计间隙放电试验，节约成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法，包括以下步骤：
步骤1、使用COMSOL软件建立棒电极间隙模型；
步骤2、确定放电路径及其长度d；
步骤3、设置等效流注空间电荷；
步骤4、设置边界条件，赋予模型材料属性；
步骤5、划分网格并计算棒电极表面最大电位U；
步骤6、计算间隙特性函数R；
步骤7、计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压U50。
在上述的基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法中，步骤1的实现包括建立三维静电场模型，选择研究类型为稳态搭建棒电极间隙模型。
在上述的基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法中，步骤3所述等效流注空间电荷为在放电路径上，距棒电极表面0.5m的点电荷，其大小为1C。
在上述的基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法中，步骤4所述设置边界条件为地电极接地，无穷远处电位为零；赋予模型材料属性为棒电极、地电极材料为铁，外包空气材料为空气。
在上述的基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法中，步骤6所述计算间隙特性函数公式为：
在上述的基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法中，步骤7所述计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压公式为：
本发明的有益效果：通过在COMSOL中对棒电极间隙模型进行电位计算，计算出间隙特性函数后，根据连续先导起始模型与放电电压计算模型可以计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压。根据计算结果设计的间隙放电试验与传统间隙放电试验相比，大大节约了时间成本与人力、物力，具有重要的工程意义。
附图说明
图1是本发明一个实施例计算方法的总流程图；
图2是本发明实施例1和实施例2设置等效流注空间电荷的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例提供一种基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法，其中COMSOL软件拥有简洁良好的操作界面，可加载自定义的棒电极间隙模型，通过仿真计算棒电极间隙间隙特性函数，根据连续先导起始模型与放电电压计算模型可以有效计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压，以此更好地设计间隙放电试验，节约成本。
本实施例是采用以下技术方案来实现的，一种基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法，包括如下步骤：
1)使用COMSOL软件建立棒电极间隙模型；
2)确定放电路径及其长度d；
3)设置等效流注空间电荷；
4)设置边界条件，赋予模型材料属性；
5)划分网格并计算棒电极表面最大电位U；
6)计算间隙特性函数R；
7)计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压U50。
上述方案中，步骤1)选择新建模型为三维静电场模型，并选择研究类型为稳态，搭建棒电极间隙模型。
上述方案中，步骤2)所述放电路径长度为间隙长度d。
上述方案中，步骤3)所述等效流注空间电荷为在放电路径上，距棒电极表面0.5m的点电荷，大小为1C。
上述方案中，步骤4)所述边界条件为地电极接地，无穷远处电位为零，设定棒电极、地电极材料为铁，外包空气材料为空气。
上述方案中，步骤6)所述间隙特性函数
上述方案中，步骤7)所述棒电极间隙正极性操作冲击放电电压
实施例1
一种基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击电压计算的方法，包括如下步骤：
(1)使用COMSOL软件建立棒电极间隙模型：
进入COMSOL软件主界面，选择“模型向导”，新建三维静电场模型，并选择“研究”为稳态。在模型开发器的“几何”中，搭建棒电极间隙模型。外包空气为以零点为中心，半径为100m的空气半球；棒电极端部为半径0.05m的半球，杆部为半径0.05m、长1m的圆柱体，杆部底面平行于空气半球底面，端部距空气半球地面5m，端部坐标为(0,0,5)。
(2)确定放电路径及其长度：
在上述棒电极间隙模型中，高压电极为棒电极，地电位电极为空气半球地面的板电极，故放电路径为棒电极端部到零点，长度为5m。
(3)设置等效流注空间电荷：
在模型开发器的“几何”与“静电”中，设置大小为1C的点电荷，位于放电路径上，距离棒电极端部0.5m处，坐标为(0,0,4.5)。
(4)设置边界条件，赋予模型材料属性：
在模型开发器的“静电”中，选择“接地”并设置板电极平面接地，选择“电势”并设置外包空气球面电位为零；在模型开发器的“材料”中，设置棒电极材料为“Iron”，空气半球材料为“Air”。
(5)划分网格并计算棒电极表面最大电位U：
在模型开发器的“网格”中的“单元尺寸”中选择“极端细化”。在模型开发器中的“研究”中选择“计算”。计算后，在模型开发器的结果中，选择“三维绘图组”，“电位”“表面”等，得到棒电极表面电位，最大值U为17082651960V。
(6)计算间隙特性函数R：
(7)计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压U50：
本实施例所得到棒电极间隙正极性操作冲击电压为1289kV。
实施例2
一种基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击电压计算的方法，包括如下步骤：
(1)使用COMSOL软件建立棒电极间隙模型：
进入COMSOL软件主界面，选择“模型向导”，新建三维静电场模型，并选择“研究”为稳态。在模型开发器的“几何”中，搭建棒电极间隙模型。外包空气为以零点为中心，半径为100m的空气半球；棒电极端部为半径0.05m的半球，杆部为半径0.05m、长1m的圆柱体，杆部底面平行于空气半球底面，端部距空气半球地面6m，端部坐标为(0,0,6)。
(2)确定放电路径及其长度：
在上述棒电极间隙模型中，高压电极为棒电极，地电位电极为空气半球地面的板电极，故放电路径为棒电极端部到零点，长度为6m。
(3)设置等效流注空间电荷：
在模型开发器的“几何”与“静电”中，设置大小为1C的点电荷，位于放电路径上，距离棒电极端部0.5m处，坐标为(0,0,5.5)，如图2所示。
(4)设置边界条件，赋予模型材料属性：
在模型开发器的“静电”中，选择“接地”并设置板电极平面接地，选择“电势”并设置外包空气球面电位为零；在模型开发器的“材料”中，设置棒电极材料为“Iron”，空气半球材料为“Air”。
(5)划分网格并计算棒电极表面最大电位U：
在模型开发器的“网格”中的“单元尺寸”中选择“极端细化”。在模型开发器中的“研究”中选择“计算”。计算后，在模型开发器的结果中，选择“三维绘图组”，“电位”“表面”等，得到棒电极表面电位，最大值U为17242195980V。
(6)计算间隙特性函数R：
(7)计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压U50：
本实施例所得到棒电极间隙正极性操作冲击电压为1424kV。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1、使用COMSOL软件建立棒电极间隙模型；
步骤2、确定放电路径及其长度d；
步骤3、设置等效流注空间电荷；
步骤4、设置边界条件，赋予模型材料属性；
步骤5、划分网格并计算棒电极表面最大电位U；
步骤6、计算间隙特性函数R；
步骤7、计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压U50。
2.如权利要求1所述的基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法，其特征是，步骤1的实现包括建立三维静电场模型，选择研究类型为稳态搭建棒电极间隙模型。
3.如权利要求1所述的基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法，其特征是，步骤3所述等效流注空间电荷为在放电路径上，距棒电极表面0.5m的点电荷，其大小为1C。
4.如权利要求1所述的基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法，其特征是，步骤4所述设置边界条件为地电极接地，无穷远处电位为零；赋予模型材料属性为棒电极、地电极材料为铁，外包空气材料为空气。
5.如权利要求1所述的基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法，其特征是，步骤6所述计算间隙特性函数公式为：
6.如权利要求1所述的基于COMSOL的棒电极间隙正极性操作冲击放电电压计算方法，其特征是，步骤7所述计算棒电极间隙正极性操作冲击放电电压公式为：
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