CN111428393B - 基于感应电荷层析成像的气体绝缘输电管道电场重构方法 - Google Patents

基于感应电荷层析成像的气体绝缘输电管道电场重构方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于感应电荷层析成像的气体绝缘输电管道电场重构方法，包括两个步骤：感应电荷分布测量；基于电荷层析的电场重构。首先，利用有限元仿真软件在气体绝缘管道感应电荷分布和空间电位场之间建立联系；然后，依据测量得到的感应电荷分布，利用Landweber迭代算法反演空间电位分布；最后，对空间电势分布求梯度即可重构空间电场分布。实现气体绝缘输电管道内部空间电场的重建，从而在运行过程中实时监控管道内部的空间电场分布。

Description

基于感应电荷层析成像的气体绝缘输电管道电场重构方法
技术领域
本发明属于气体绝缘输电技术领域，涉及一种基于感应电荷层析成像的气体绝缘输电管道电场重构方法。
背景技术
气体绝缘输电管道凭借其占地面积小、可靠性高和环境友好等特点，在电力系统中得到了广泛的应用。气体绝缘输电管道在运行过程中会由于机械损伤和杂质粘附等因素，形成缺陷，畸变电场分布，诱发绝缘故障，严重威胁电力系统的安全稳定运行。本发明提出一种基于感应电荷层析成像的三维电场重构方法，以期在实际应用中能够实时监测气体绝缘输电管道内的电场波动。当出现电场畸变时能及时发现并采取有效措施，避免故障发生。
发明内容
本发明旨在提供一种基于感应电荷层析成像的气体绝缘输电管道电场重构方法，以期在实际应用中能够实时监测气体绝缘输电管道内的电场波动。当出现电场畸变时能及时发现并采取有效措施，避免故障发生。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于感应电荷层析成像的气体绝缘输电管道电场重构方法，包括两个步骤：
1)感应电荷分布测量
图1所示为气体绝缘输电管道电场重构系统的示意图，共包含三个模块：传感器单元、测量单元和电场重构单元。利用布置在管道内表面和导杆外表面的测量电极，可以得到的感应电荷的密度分布。若测量电极数目为M，则可以得到的M个位置的平均感应电荷密度。
2)基于电荷层析的电场重构
首先，利用有限元仿真软件在气体绝缘管道感应电荷分布和空间电位场之间建立联系，如下：
QM＝SM×NVN
其中，QM为气体绝缘输电管道感应电荷矩阵，M为测量电极数目；VN为空间电位场矩阵，N为对管道进行网格剖分的数目；SMN为灵敏度矩阵。
然后，依据测量得到的感应电荷分布，利用Landweber迭代算法反演空间电位分布：
Vk+1＝Vk+αST(Q-SVk)
V0＝STQ
其中，α为收敛调节系数；V0为初始电位分布；Vk和Vk+1分别为第k和k+1次迭代时的空间电势。
最后，对空间电势分布求梯度即可重构空间电场分布。
Figure BDA0002391864260000021
其中，E(x,y,z)为三维空间电场分布；V(x,y,x)是空间电位分布。
有益效果
本发明可以实现气体绝缘输电管道内部空间电场的重建，从而在运行过程中实时监控管道内部的空间电场分布。在管道内出现电场畸变时及早采取措施，避免故障发生。
图2所示为实验用的气体绝缘输电管道简化模型。
图3所示为重构的气体绝缘输电管道空间电场分布。
图4所示为根据空间电场分布反演得到的绝缘子轮廓，可以看出反演得到的绝缘子轮廓与实际情况高度一致，证明了本发明的有效性。
附图说明
图1为气体绝缘输电管道电场重构系统的示意图。
图2为实验用的气体绝缘输电管道简化模型。
图3为重构的气体绝缘输电管道空间电场分布。
图4为根据空间电场分布反演得到的绝缘子轮廓
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
基于感应电荷层析成像的气体绝缘输电管道电场重构方法，包括两个步骤：
1)感应电荷分布测量
图1所示为气体绝缘输电管道电场重构系统的示意图，共包含三个模块：传感器单元、测量单元和电场重构单元。利用布置在管道内表面和导杆外表面的测量电极，可以得到的感应电荷的密度分布。若测量电极数目为M，则可以得到的M个位置的平均感应电荷密度。
2)基于电荷层析的电场重构
首先，利用有限元仿真软件在气体绝缘管道感应电荷分布和空间电位场之间建立联系，如下：
QM＝SM×NVN
其中，QM为气体绝缘输电管道感应电荷矩阵，M为测量电极数目；VN为空间电位场矩阵，N为对管道进行网格剖分的数目；SMN为灵敏度矩阵。
然后，依据测量得到的感应电荷分布，利用Landweber迭代算法反演空间电位分布：
Vk+1＝Vk+αST(Q-SVk)
V0＝STQ
其中，α为收敛调节系数；V0为初始电位分布；Vk和Vk+1分别为第k和k+1次迭代时的空间电势。
最后，对空间电势分布求梯度即可重构空间电场分布。
Figure BDA0002391864260000031
其中，E(x,y,z)为三维空间电场分布；V(x,y,x)是空间电位分布。
1、本实施例中，圆周方向测量电极数量为32，高度方向上测量电极数量为12，相邻测量电极间隔为1mm。为了提高空间电场反演结果的分辨率，可以适当减小测量电极的尺寸并增加测量电极的数量，获得更多的感应电荷测量点。
2、利用Landweber迭代算法反演空间电位分布时，收敛系数α过大容易引起超调，过小收敛速度过慢。经验证，在对气体绝缘管道空间电位进行反演时，最佳的系数α约为0.6。
图2所示为实验用的气体绝缘输电管道简化模型。
图3所示为重构的气体绝缘输电管道空间电场分布。
图4所示为根据空间电场分布反演得到的绝缘子轮廓，可以看出反演得到的绝缘子轮廓与实际情况高度一致，证明了本发明的有效性。

Claims (1)

1.基于感应电荷层析成像的气体绝缘输电管道电场重构方法，其特征在于，包括两个步骤：
1)感应电荷分布测量，共包含三个模块：传感器单元、测量单元和电场重构单元；
利用布置在管道内表面和导杆外表面的测量电极，得到的感应电荷的密度分布，若测量电极数目为M，则可以得到的M个位置的平均感应电荷密度；
2)基于电荷层析的电场重构：
首先，利用有限元仿真软件在气体绝缘管道感应电荷分布和空间电位场之间建立联系，如下：
QM＝SM×NVN
其中，QM为气体绝缘输电管道感应电荷矩阵，M为测量电极数目；VN为空间电位场矩阵，N为对管道进行网格剖分的数目；SM×N为灵敏度矩阵；
然后，依据测量得到的感应电荷分布，利用Landweber迭代算法反演空间电位分布；
Vk+1＝Vk+αST(Q-SVk)
V0＝STQ
其中，α为收敛调节系数；V0为初始电位分布；Vk和Vk+1分别为第k和k+1次迭代时的空间电势；
最后，对空间电势分布求梯度即可重构空间电场分布；
Figure FDA0003507164520000011
其中，E(x,y,z)为三维空间电场分布；V(x,y,x)是空间电位分布。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108961962A (zh) * 2018-07-13 2018-12-07 武汉工程大学 一种利用单光子单电离机制重构电场包络的方法

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Title
Surface Coating Affecting Charge Distribution and Flashover Voltage of Cone-type Insulator under DC Stress;Du, BX等;《IEEE TRANSACTIONS ON DIELECTRICS AND ELECTRICAL INSULATION 26 (3)》;20190630;全文 *
气体绝缘直流设备气固界面电场分布特性与调控方法研究进展;李 进等;《高电压技术》;20190831;全文 *

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