CN111458605A - 一种冲击电压下介质击穿特性分析方法和相关装置 - Google Patents

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CN111458605A CN202010299448.3A CN202010299448A CN111458605A CN 111458605 A CN111458605 A CN 111458605A CN 202010299448 A CN202010299448 A CN 202010299448A CN 111458605 A CN111458605 A CN 111458605A
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Abstract

本申请公开了一种冲击电压下介质击穿特性分析方法和相关装置，利用冲击电压击穿时的击穿电压、电流和击穿持续时间计算击穿能量损失，并以击穿起始时刻为横轴，击穿能量损失为纵轴绘制曲线，生成冲击电压下击穿能量分布曲线，通过分析击穿能量分布曲线得到绝缘介质击穿特性分析结果，同时考虑了击穿电压、击穿电流和击穿持续时间的因素，从而使得冲击电压下绝缘介质击穿特性的表征更为全面，解决了现有的冲击压下介质击穿特性分析方法不能全面地表征击穿特性的技术问题。

Description

一种冲击电压下介质击穿特性分析方法和相关装置
本申请要求申请日为2019年12月27日，申请号为201911380624.X的中国专利申请的优先权。
技术领域
本申请涉及电力试验技术领域，尤其涉及一种冲击电压下介质击穿特性分析方法和相关装置。
背景技术
绝缘介质击穿特性对于判断被试设备是否存在击穿起着重要的作用，目前对于冲击压下绝缘介质击穿特性分析的方法主要采用50％击穿电压、伏秒特性曲线和击穿概率曲线等方法来进行试验。但是这些现有的击穿特性分析方法都是从电压的角度进行分析，然而实际上介质在冲击电压下的击穿过程并不仅仅是电压参与的过程，还伴随着电流的变化过程，若分析介质的击穿特性时不考虑电流的变化，得到的击穿特性分析结果并不能够很好的表征介质的基础特性。因此，为更全面地表征冲击电压下介质的击穿特性，需要对现有的击穿特性分析方法进行改进。
发明内容
本申请提供了一种冲击电压下介质击穿特性分析方法和相关装置，用于解决现有的冲击压下介质击穿特性分析方法不能全面地表征击穿特性的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种冲击电压下介质击穿特性分析方法，包括：
向绝缘介质施加冲击电压信号，并在同一试验电压幅值和试验波形下对所述绝缘介质进行预置次数的击穿试验；
获取每次击穿试验中所述绝缘介质击穿时的击穿电压时域波形和击穿电流时域波形；
根据所述击穿电流时域波形计算击穿持续时间，所述击穿持续时间为击穿起始时刻与电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻的时间差；
计算每次击穿所述击穿持续时间内的击穿能量损失，所述击穿能量损失的计算公式为：
Figure BDA0002453424510000021
t1为所述击穿起始时刻，t2为所述电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻，U(t)为t时刻的电压值，I(t)为t时刻的电流值；
生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果，所述能量分布曲线的横轴为所述击穿起始时刻，所述能量分布曲线的纵轴为所述击穿能量损失。
可选地，所述生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果，包括：
生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，标记所述能量分布曲线的最大幅值，根据所述最大幅值对应的击穿能量损失等级确定所述绝缘介质的击穿恢复能力等级，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果。
可选地，所述生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果，包括：
生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，计算所述能量分布曲线的平均幅值，根据所述平均幅值对应的击穿能量损失等级确定所述绝缘介质的击穿恢复能力等级，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果。
可选地，所述预置次数不少于3次。
本申请第二方面提供了一种冲击电压下介质击穿特性分析装置，包括：
击穿单元，用于向绝缘介质施加冲击电压信号，并在同一试验电压幅值和试验波形下对所述绝缘介质进行预置次数的击穿试验；
波形获取单元，用于获取每次击穿试验中所述绝缘介质击穿时的击穿电压时域波形和击穿电流时域波形；
持续时间获取单元，用于根据所述击穿电流时域波形计算击穿持续时间，所述击穿持续时间为击穿起始时刻与电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻的时间差；
能量损失计算单元，用于计算每次击穿所述击穿持续时间内的击穿能量损失，所述击穿能量损失的计算公式为：
Figure BDA0002453424510000022
t1为所述击穿起始时刻，t2为所述电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻，U(t)为t时刻的电压值，I(t)为t时刻的电流值；
曲线生成单元，用于生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果，所述能量分布曲线的横轴为所述击穿起始时刻，所述能量分布曲线的纵轴为所述击穿能量损失。
可选地，所述曲线生成单元具体用于：
生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，标记所述能量分布曲线的最大幅值，根据所述最大幅值对应的击穿能量损失等级确定所述绝缘介质的击穿恢复能力等级，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果。
可选地，所述曲线生成单元具体用于：
生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，计算所述能量分布曲线的平均幅值，根据所述平均幅值对应的击穿能量损失等级确定所述绝缘介质的击穿恢复能力等级，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果。
可选地，所述预置次数不少于3次。
本申请第三方面提供了一种冲击电压下介质击穿特性分析设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的冲击电压下介质击穿特性分析方法。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面任一种所述的冲击电压下介质击穿特性分析方法。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中提供了一种冲击电压下介质击穿特性分析方法，包括：向绝缘介质施加冲击电压信号，并在同一试验电压幅值和试验波形下对绝缘介质进行预置次数的击穿试验；获取每次击穿试验中所述绝缘介质击穿时的击穿电压时域波形和击穿电流时域波形；根据击穿电流时域波形计算击穿持续时间，击穿持续时间为击穿起始时刻与电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻的时间差；计算每次击穿击穿持续时间内的击穿能量损失，击穿能量损失的计算公式为：
Figure BDA0002453424510000041
t1为击穿起始时刻，t2为电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻，U(t)为t时刻的电压值，I(t)为t时刻的电流值；生成击穿能量损失的能量分布曲线，得到绝缘介质的击穿特性分析结果，能量分布曲线的横轴为击穿起始时刻，能量分布曲线的纵轴为击穿能量损失。本申请提供的冲击电压下介质击穿特性分析方法，利用冲击电压击穿时的击穿电压、电流和击穿持续时间计算击穿能量损失，并以击穿起始时刻为横轴，击穿能量损失为纵轴绘制曲线，生成冲击电压下击穿能量分布曲线，通过分析击穿能量分布曲线得到绝缘介质击穿特性分析结果，同时考虑了击穿电压、击穿电流和击穿持续时间的因素，从而使得冲击电压下绝缘介质击穿特性的表征更为全面，解决了现有的冲击压下介质击穿特性分析方法不能全面地表征击穿特性的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的一种冲击电压下介质击穿特性分析方法的一个流程示意图；
图2为本申请实施例中绝缘介质的击穿试验过程波形示意图；
图3为本申请实施例中提供的一种冲击电压下介质击穿特性分析装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供了一种冲击电压下介质击穿特性分析方法的一个实施例，包括：
步骤101、向绝缘介质施加冲击电压信号，并在同一试验电压幅值和试验波形下对绝缘介质进行预置次数的击穿试验。
需要说明的是，本申请实施例中，首先向待分析击穿特性的绝缘介质施加冲击电压信号，记录施加在绝缘介质上的冲击电压信号，在同一试验电压幅值和试验波形下对绝缘介质进行预置次数的击穿试验。为保证分析结果的精度，进行击穿试验的次数应不少于3次。
步骤102、获取每次击穿试验中绝缘介质击穿时的击穿电压时域波形和击穿电流时域波形。
需要说明的是，在每次进行击穿试验时，记录绝缘介质击穿时的击穿电压和击穿电流，生成击穿电压时域模型和击穿电流时域波形。击穿电压可以采用分压器测量，击穿电流可以采用宽带测量阻抗进行测量。
步骤103、根据击穿电流时域波形计算击穿持续时间，击穿持续时间为击穿起始时刻与电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻的时间差。
需要说明的是，将击穿时电流开始增加时刻的时间记为击穿起始时刻t1，电流从峰值下降到令时刻的时间记为击穿结束时刻t2，则击穿持续时间定义为Δt＝t2-t1，如图2所示。
步骤104、计算每次击穿击穿持续时间内的击穿能量损失。
需要说明的是，击穿能量损失的计算公式为：t1为击穿起始时刻，t2为电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻，U(t)为t时刻的电压值，I(t)为t时刻的电流值。
步骤105、生成击穿能量损失的能量分布曲线，得到绝缘介质的击穿特性分析结果，能量分布曲线的横轴为击穿起始时刻，能量分布曲线的纵轴为击穿能量损失。
需要说明的是，在同一试验电压幅值和试验波形下进行多次击穿试验，由于统计时延具有随机性，因此，每次击穿起始时刻t1均不相同。以击穿起始时刻t1为横轴，击穿能量损失W为纵轴，可绘制出能量分布曲线，该能量分布曲线即表征绝缘介质的击穿特性，能量分布曲线的幅值大小即表征击穿能量损失的大小，幅值越大，说明绝缘介质击穿之后的越难恢复，幅值越小，说明绝缘介质击穿之后越容易恢复。具体的，在实际分析中，可以用能量分布曲线的最大幅值与恢复能力等级进行对应，若最大幅值落入低恢复能力等级，则绝缘介质的击穿特性分析结果为击穿恢复能力为低级，若最大幅值落入中恢复能力等级，则绝缘介质的击穿特性分析结果为击穿能力为中级，若最大幅值落入高恢复能力等级，则绝缘介质的击穿特性分析结果为击穿能力为高级。当然，也可以采取计算能量分布曲线的平均幅值的方式，以平均幅值的大小来确定绝缘介质人击穿特性。
本申请实施例提供的冲击电压下介质击穿特性分析方法，利用冲击电压击穿时的击穿电压、电流和击穿持续时间计算击穿能量损失，并以击穿起始时刻为横轴，击穿能量损失为纵轴绘制曲线，生成冲击电压下击穿能量分布曲线，通过分析击穿能量分布曲线得到绝缘介质击穿特性分析结果，同时考虑了击穿电压、击穿电流和击穿持续时间的因素，从而使得冲击电压下绝缘介质击穿特性的表征更为全面，解决了现有的冲击压下介质击穿特性分析方法不能全面地表征击穿特性的技术问题。
为了便于理解，请参阅图3，本申请中提供了一种冲击电压下介质击穿特性分析装置的实施例，包括：
击穿单元，用于向绝缘介质施加冲击电压信号，并在同一试验电压幅值和试验波形下对绝缘介质进行预置次数的击穿试验。
波形获取单元，用于获取每次击穿试验中绝缘介质击穿时的击穿电压时域波形和击穿电流时域波形。
持续时间获取单元，用于根据击穿电流时域波形计算击穿持续时间，击穿持续时间为击穿起始时刻与电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻的时间差。
能量损失计算单元，用于计算每次击穿击穿持续时间内的击穿能量损失，击穿能量损失的计算公式为：
Figure BDA0002453424510000061
t1为击穿起始时刻，t2为电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻，U(t)为t时刻的电压值，I(t)为t时刻的电流值。
曲线生成单元，用于生成击穿能量损失的能量分布曲线，得到绝缘介质的击穿特性分析结果，能量分布曲线的横轴为击穿起始时刻，能量分布曲线的纵轴为击穿能量损失。
进一步地，曲线生成单元具体用于：
生成击穿能量损失的能量分布曲线，标记能量分布曲线的最大幅值，根据最大幅值对应的击穿能量损失等级确定绝缘介质的击穿恢复能力等级，得到绝缘介质的击穿特性分析结果。
进一步地，曲线生成单元具体用于：
生成击穿能量损失的能量分布曲线，计算能量分布曲线的平均幅值，根据平均幅值对应的击穿能量损失等级确定绝缘介质的击穿恢复能力等级，得到绝缘介质的击穿特性分析结果。
进一步地，预置次数不少于3次。
本申请中提供了一种冲击电压下介质击穿特性分析设备的实施例，设备包括处理器以及存储器：
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行前述的冲击电压下介质击穿特性分析方法实施例中的任一种冲击电压下介质击穿特性分析方法。
本申请中提供了一种计算机可读存储介质的实施例，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行前述的冲击电压下介质击穿特性分析方法实施例中的任一种冲击电压下介质击穿特性分析方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机系统(可以是个人计算机，服务器，或者网络系统等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种冲击电压下介质击穿特性分析方法，其特征在于，包括：
向绝缘介质施加冲击电压信号，并在同一试验电压幅值和试验波形下对所述绝缘介质进行预置次数的击穿试验；
获取每次击穿试验中所述绝缘介质击穿时的击穿电压时域波形和击穿电流时域波形；
根据所述击穿电流时域波形计算击穿持续时间，所述击穿持续时间为击穿起始时刻与电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻的时间差；
计算每次击穿所述击穿持续时间内的击穿能量损失，所述击穿能量损失的计算公式为：
Figure FDA0002453424500000011
t1为所述击穿起始时刻，t2为所述电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻，U(t)为t时刻的电压值，I(t)为t时刻的电流值；
生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果，所述能量分布曲线的横轴为所述击穿起始时刻，所述能量分布曲线的纵轴为所述击穿能量损失。
2.根据权利要求1所述的冲击电压下介质击穿特性分析方法，其特征在于，所述生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果，包括：
生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，标记所述能量分布曲线的最大幅值，根据所述最大幅值对应的击穿能量损失等级确定所述绝缘介质的击穿恢复能力等级，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果。
3.根据权利要求1所述的冲击电压下介质击穿特性分析方法，其特征在于，所述生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果，包括：
生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，计算所述能量分布曲线的平均幅值，根据所述平均幅值对应的击穿能量损失等级确定所述绝缘介质的击穿恢复能力等级，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果。
4.根据权利要求1所述的冲击电压下介质击穿特性分析方法，其特征在于，所述预置次数不少于3次。
5.一种冲击电压下介质击穿特性分析装置，其特征在于，包括：
击穿单元，用于向绝缘介质施加冲击电压信号，并在同一试验电压幅值和试验波形下对所述绝缘介质进行预置次数的击穿试验；
波形获取单元，用于获取每次击穿试验中所述绝缘介质击穿时的击穿电压时域波形和击穿电流时域波形；
持续时间获取单元，用于根据所述击穿电流时域波形计算击穿持续时间，所述击穿持续时间为击穿起始时刻与电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻的时间差；
能量损失计算单元，用于计算每次击穿所述击穿持续时间内的击穿能量损失，所述击穿能量损失的计算公式为：
Figure FDA0002453424500000021
t1为所述击穿起始时刻，t2为所述电流从峰值下降到零时的击穿结束时刻，U(t)为t时刻的电压值，I(t)为t时刻的电流值；
曲线生成单元，用于生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果，所述能量分布曲线的横轴为所述击穿起始时刻，所述能量分布曲线的纵轴为所述击穿能量损失。
6.根据权利要求5所述的冲击电压下介质击穿特性分析装置，其特征在于，所述曲线生成单元具体用于：
生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，标记所述能量分布曲线的最大幅值，根据所述最大幅值对应的击穿能量损失等级确定所述绝缘介质的击穿恢复能力等级，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果。
7.根据权利要求5所述的冲击电压下介质击穿特性分析装置，其特征在于，所述曲线生成单元具体用于：
生成所述击穿能量损失的能量分布曲线，计算所述能量分布曲线的平均幅值，根据所述平均幅值对应的击穿能量损失等级确定所述绝缘介质的击穿恢复能力等级，得到所述绝缘介质的击穿特性分析结果。
8.根据权利要求5所述的冲击电压下介质击穿特性分析装置，其特征在于，所述预置次数不少于3次。
9.一种冲击电压下介质击穿特性分析设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-4任一项所述的冲击电压下介质击穿特性分析方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-4任一项所述的冲击电压下介质击穿特性分析方法。
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