CN111766483B - 一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统及其模拟方法 - Google Patents

一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统及其模拟方法 Download PDF

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CN111766483B CN202010652523.XA CN202010652523A CN111766483B CN 111766483 B CN111766483 B CN 111766483B CN 202010652523 A CN202010652523 A CN 202010652523A CN 111766483 B CN111766483 B CN 111766483B
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Abstract

本发明公开了一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统，包括相互电连接的冲击电压发生器和分压器、与分压器电连接的球形实验电极和接地的镀锌电极板、高电位瞬态电流测量装置、电场传感器、光电倍增管、高速摄像机、示波器、与高电位瞬态电流测量装置、电场传感器、光电倍增管、高速摄像机和示波器通讯连接的模拟终端。本发明能够改进现有技术的不足，建立基于电荷积累的球‑板间隙动态流注分形发展模型，便于研究放电通道空间电荷产生、积聚和消散对放电发展的引导机制。

Description

一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统及其模拟方法
技术领域
本发明涉及电力设备故障诊断技术领域，尤其是一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统及其模拟方法。
背景技术
在超/特高压直流工程中，换流站阀厅一直是工程设计、成套设备、施工安装等环节的配合焦点，其内部空气间隙绝缘距离的选择更是直接关系到直流工程的安全稳定运行及工程投资。以往直流工程中为保证足够的安全裕度，阀厅空气间隙绝缘距离较大，导致相关投资费用也相应增加，而随着直流工程运行电压提高，间隙50％放电电压与间隙距离呈现明显的饱和趋势，仅增加间隙距离对提高50％放电电压的作用逐渐降低。因此系统开展阀厅空气间隙相关研究，压缩阀厅面积及减小工程投资是未来需要重点考虑的问题。
阀厅金具是传输电气负荷、承担机械荷载及发挥电磁防护作用的重要金属部件，其中屏蔽球使用量居多，几乎遍布阀厅内部各设备连接节点，每条直流输电线路的送端和收端换流站阀厅需使用数百个半径 350mm～1250mm不等的屏蔽球。球形电极与周围墙面或地面可典型化为球 -板间隙，因此操作冲击电压下球-板间隙放电特性是阀厅绝缘净距选择的重要依据。
国内外学者已针对棒-板和棒-棒等典型间隙结构开展了系统研究，获得了放电发展过程中的电场、电流和温度场等相关特征参数，但就球形电极尤其是大直径球形电极，随着电极曲率半径的增大，流注放电临界体积也相应增大，同时放电通道中电离产生的电荷更多，球电极初始流注注入电荷量远大于棒-棒和棒-板间隙，导致初始流注起始场强、放电通道空间电荷分布形态发生改变，现有流注起始判据不再适用于大直径球-板间隙，实验测试结果与理论分析存在较大差异。因此，亟需开展操作冲击电压下长空气球-板间隙放电试验，分析流注起止时间、流注起始场强、空间电荷和放电路径等多特征参数，研究长空气球-板间隙放电特性及其机理，确定大直径球-板间隙流注起始判据，结合流注形态特征建立反映流注发展过程的物理仿真模型，深入探索放电通道空间电荷产生、积聚和消散对放电发展的引导机制，为建立更加完善的长间隙放电物理模型奠定基础，并推广应用至其他条件下放电发展过程预测，进一步提升直流输电系统绝缘设计的安全性和经济性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统及其模拟方法，能够解决现有技术的不足，建立基于电荷积累的球-板间隙动态流注分形发展模型，便于研究放电通道空间电荷产生、积聚和消散对放电发展的引导机制。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统，包括，
相互电连接的冲击电压发生器和分压器，用于生成电压信号触发源；
与分压器电连接的球形实验电极和接地的镀锌电极板，用于形成实验放电电场；
高电位瞬态电流测量装置，用于测量放电过程中的高电位电流，以确定初始流注发展过程中注入电荷量；
电场传感器，用于测量放电过程中的空间瞬态电场，以确定初始流注发展过程中初始流注起始场强、初始流注场强跃升幅值和畸变电场恢复时间；
光电倍增管，用于测量放电过程中瞬时光功率，以确定初始流注发展过程中初始流注起止时间；
高速摄像机，用于观测放电通道运动轨迹和放电发展速度；
示波器，用于采集空间场强、瞬时光功率和电极电压信号；
模拟终端，与高电位瞬态电流测量装置、电场传感器、光电倍增管、高速摄像机和示波器通讯连接，用于建立基于电荷积累的球-板间隙动态流注分形发展模型。
作为优选，光电倍增管采用全绝缘尾纤作为感应窗口。
一种上述的长空气间隙球形电极流注放电模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：
A、启动冲击电压发生器，使球形实验电极和镀锌电极板间形成实验放电电场，高电位瞬态电流测量装置测量放电过程中的高电位电流，光电倍增管测量放电过程中瞬时光功率，高速摄像机观测放电通道运动轨迹和放电发展速度，示波器采集空间场强、瞬时光功率和电极电压信号，模拟终端获取长间隙球-板电极流注放电特征参数，构成研究样本集；
B、对采集到的多物理量特征参数进行时间节点对齐，对光电参数联合分析变化规律；
C、根据光电联合观测试验结果将放电过程进行精确划分，通过拟合流注起始条件与影响变量的函数关系，建立长间隙球-板电极流注放电起始判据；
D、通过得到的流注起始判据，评估各影响因子的权重，分析流注发展过程中空间电荷分布情况；
E、流注起始并向前发展过程中产生的空间电荷会影响放电通道的电场分布，从而影响流注发展路径，结合分形理论建立基于电荷积累的球- 板间隙动态流注分形发展模型；利用球-板间隙动态流注分形发展模型计算获得流注起始时间、流注发展速度和空间电场跃升幅值等参数，并与步骤A中对应的测量值对比，完善修正仿真模型，从而获得放电通道动态电荷累积及流注步进式发展规律，揭示放电通道空间电荷对放电发展的引导机制。
作为优选，步骤B中，球形实验电极与镀锌电极板间隙距离分别选择1m、2m、3m和5m，球形实验电极曲率半径分别为0.35m、0.7m、1.0m 和1.25m；施加标准操作冲击电压，比较分析不同间隙距离和电极曲率下初始流注放电过程特征参数，确定初始流注起始时间等特征参数与电极曲率、间隙距离和电压上升率的关系。
作为优选，步骤C中，
球形实验电极端部出现流注后，空间电场和光功率同时出现跃升，该时刻为初始流注的起始时刻，对应的电场强度为流注起始场强；流注电离过程停止后，空间电场跃升停止，光功率下降为零，该时刻为初始流注的结束时刻；统计不同电极曲率、间隙距离和电压上升率条件下初始流注起始时间、初始流注持续时间和场强跃升幅值等特征参数，并研究分析各特征参数之间的关系；
获得流注起始特征参数后，确定大直径球电极流注起始判据并研究其与放电分散性的关联关系；冲击电压作用下流注起始时延包括升压时延和统计时延两部分，随着电极曲率半径的增大，流注起始时延的分散性主要来自于有效自由电子形成的分散性，而临界体积内自由电子产生概率正比于施加场强；只有在临界体积内产生自由电子，才能成为有效自由电子，最终引起流注起始，在t时刻临界体积Vc内自由电子产生频率Pe可以表示为：
Figure GDA0003422327300000041
其中，Vc为时刻t的临界体积，τ为负离子寿命；当电场强度大于30kV/cm 时，在临界体积内n/τ可认为保持不变；因此有效自由电子出现频率Pe与临界体积成正比，而临界体积正比于施加电场；对于冲击电压，可以用电压变化率来计算瞬时电压，因此Pe可表示为Pe＝Kt，其中，K为电极曲率半径、电压变化率和间隙距离的函数；结合有效电子出现频率的流注起始时延的概率密度表达式，流注起始时延概率分布可表示为：
Figure GDA0003422327300000042
冲击电压作用下的大直径球-板间隙流注起始场强可以表示为：
Ei-impulse＝Ei-dc+ΔE
式中：Ei-impulse为冲击电压作用下流注起始场强；ΔE为与直流电压作用下流注起始场强相比的起始场强增量；ΔE同样体现了冲击电压下临界体积Vc内出现足够有效自由电子对流注起始的影响，因此冲击电压作用下的初始流注起始场强需要在直流电压作用基础上考虑电压上升率的影响；依据实测数据回归得到流注起始场强与电极曲率、间隙距离和电压上升率的关系，最终提出适用于大直径球-板间隙的流注起始判据。
作为优选，步骤E中，初始电子崩起始于z＝zi，即电离系数α等于附着系数η；当电子崩头部的电荷满足如下关系时，流注起始，
Figure GDA0003422327300000051
式中，电离系数α与附着系数η均为约化场强E/N的函数；d为间隙距离， Ncrit为形成流注所需要的临界电荷数，一般取108，此时临界电场Ecrit强度为28.5kV/cm；
对间隙进行空间离散，对于已经发展为流注的空间点(i，j)，设其下一步流注可能发展点为(i，j)点周围包括对角线方向在内的共8个点，则根据流注头部必须存在电场强度大于Ecrit的碰撞电离区，该点周围8点成为待发展点首先必须满足其局部电场E≥Ecrit；计算流注下一步发展方向之前，首先遍历已经发展为流注的空间点，确定下一步流注发展所有可能的待发展点；
若二次电子自某一个待发展点(i-1，j-1)起始，至形成与流注点(i，j) 相连接的流注通道所需要的形成时间为ti，且假设该局部间隙击穿时延满足Weibull分布，则当t＞0时，流注每向前发展一步需要的形成时间t概率密度p(t)满足，
p(t)＝r(E)e-r(E)t
r(E)为流注概率发展函数，流注下一步发展所需时间≥ti的概率为，
Figure GDA0003422327300000052
ti可表示为，
Figure GDA0003422327300000061
则流注生长概率函数可表示为，
Figure GDA0003422327300000062
其中，τ为时间常数；Ei为待发展点局部场强；n为概率发展函数；
若流注生长第k步时,有M个可能的待发展点,依次计算所有ti(0<i≤ M),选取击穿时延最短的待发展点作为新的流注点,并选取该最短形成时间tmin为k+1步的时间步长；
当流注到达板电极时,间隙击穿,流注区域注电流急剧增加；电流密度大的流注通道最终转化电弧态的主放电通道；为确定最后的主放电通道当流注到达板电极时,以电极头部为起始点，以流区域空间为待发展点, 选择最后的主放电通道,且假设主放电通道的发展概率由NPW模型推荐发展概表达式决定，
Figure GDA0003422327300000063
其中，Esi为第i个流注点的局部电场；M为流住区主放电通道待发展点数；即可确定流注主放电通道发展路径。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明基于临界体积理论，考虑间隙距离、曲率半径和电压上升率对初始自由电子出现概率的影响，建立符合球-板长间隙放电规律的流注起始场强判据，掌握流注起始和发展过程中的分散性特征参数的影响规律。通过高电位电流测量注入高压电极的电荷量，通过高速摄像机确定流注形状，通过初始流注起始场强和初始流注场强跃升值反演放电通道空间电荷分布情况，三者结合确定符合流注实际放电形态的空间电荷模型。
附图说明
图1是本发明模拟系统的原理图。
图2是本发明的总体流程图。
图3是本发明建立流注起始判据原理图。
图4是本发明动态流注分形发展模型计算流程图。
具体实施方式
参照图1-4，本发明的一个具体实施方式包括，
相互电连接的冲击电压发生器1和分压器2，用于生成电压信号触发源；
与分压器2电连接的球形实验电极3和接地的镀锌电极板4，用于形成实验放电电场；
高电位瞬态电流测量装置5，用于测量放电过程中的高电位电流，以确定初始流注发展过程中注入电荷量；
电场传感器6，用于测量放电过程中的空间瞬态电场，以确定初始流注发展过程中初始流注起始场强、初始流注场强跃升幅值和畸变电场恢复时间；
光电倍增管7，用于测量放电过程中瞬时光功率，以确定初始流注发展过程中初始流注起止时间；
高速摄像机8，用于观测放电通道运动轨迹和放电发展速度；
示波器9，用于采集空间场强、瞬时光功率和电极电压信号；
模拟终端10，与高电位瞬态电流测量装置5、电场传感器6、光电倍增管7、高速摄像机8和示波器9通讯连接，用于建立基于电荷积累的球-板间隙动态流注分形发展模型。
光电倍增管7采用全绝缘尾纤作为感应窗口。
一种上述的长空气间隙球形电极流注放电模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：
A、启动冲击电压发生器1，使球形实验电极3和镀锌电极板4间形成实验放电电场，高电位瞬态电流测量装置5测量放电过程中的高电位电流，光电倍增管7测量放电过程中瞬时光功率，高速摄像机8观测放电通道运动轨迹和放电发展速度，示波器9采集空间场强、瞬时光功率和电极电压信号，模拟终端10获取长间隙球-板电极流注放电特征参数，构成研究样本集；
B、对采集到的多物理量特征参数进行时间节点对齐，对光电参数联合分析变化规律；
C、根据光电联合观测试验结果将放电过程进行精确划分，通过拟合流注起始条件与影响变量的函数关系，建立长间隙球-板电极流注放电起始判据；
D、通过得到的流注起始判据，评估各影响因子的权重，分析流注发展过程中空间电荷分布情况；
E、流注起始并向前发展过程中产生的空间电荷会影响放电通道的电场分布，从而影响流注发展路径，结合分形理论建立基于电荷积累的球- 板间隙动态流注分形发展模型；利用球-板间隙动态流注分形发展模型计算获得流注起始时间、流注发展速度和空间电场跃升幅值等参数，并与步骤A中对应的测量值对比，完善修正仿真模型，从而获得放电通道动态电荷累积及流注步进式发展规律，揭示放电通道空间电荷对放电发展的引导机制。
步骤B中，球形实验电极3与镀锌电极板4间隙距离分别选择1m、 2m、3m和5m，球形实验电极3曲率半径分别为0.35m、0.7m、1.0m和1.25m；施加标准操作冲击电压，比较分析不同间隙距离和电极曲率下初始流注放电过程特征参数，确定初始流注起始时间等特征参数与电极曲率、间隙距离和电压上升率的关系。
步骤C中，
球形实验电极3端部出现流注后，空间电场和光功率同时出现跃升，该时刻为初始流注的起始时刻，对应的电场强度为流注起始场强；流注电离过程停止后，空间电场跃升停止，光功率下降为零，该时刻为初始流注的结束时刻；统计不同电极曲率、间隙距离和电压上升率条件下初始流注起始时间、初始流注持续时间和场强跃升幅值等特征参数，并研究分析各特征参数之间的关系；
获得流注起始特征参数后，确定大直径球电极流注起始判据并研究其与放电分散性的关联关系；冲击电压作用下流注起始时延包括升压时延和统计时延两部分，随着电极曲率半径的增大，流注起始时延的分散性主要来自于有效自由电子形成的分散性，而临界体积内自由电子产生概率正比于施加场强；只有在临界体积内产生自由电子，才能成为有效自由电子，最终引起流注起始，在t时刻临界体积Vc内自由电子产生频率Pe可以表示为：
Figure GDA0003422327300000091
其中，Vc为时刻t的临界体积，τ为负离子寿命；当电场强度大于30kV/cm 时，在临界体积内n-/τ可认为保持不变；因此有效自由电子出现频率Pe与临界体积成正比，而临界体积正比于施加电场；对于冲击电压，可以用电压变化率来计算瞬时电压，因此Pe可表示为Pe＝Kt，其中，K为电极曲率半径、电压变化率和间隙距离的函数；结合有效电子出现频率的流注起始时延的概率密度表达式，流注起始时延概率分布可表示为：
Figure GDA0003422327300000092
冲击电压作用下的大直径球-板间隙流注起始场强可以表示为：
Ei-impulse＝Ei-dc+ΔE
式中：Ei-impulse为冲击电压作用下流注起始场强；ΔE为与直流电压作用下流注起始场强相比的起始场强增量；ΔE同样体现了冲击电压下临界体积Vc内出现足够有效自由电子对流注起始的影响，因此冲击电压作用下的初始流注起始场强需要在直流电压作用基础上考虑电压上升率的影响；依据实测数据回归得到流注起始场强与电极曲率、间隙距离和电压上升率的关系，最终提出适用于大直径球-板间隙的流注起始判据。
步骤E中，初始电子崩起始于z＝zi，即电离系数d等于附着系数η；当电子崩头部的电荷满足如下关系时，流注起始，
Figure GDA0003422327300000101
式中，电离系数α与附着系数η均为约化场强E/N的函数；d为间隙距离， Ncrit为形成流注所需要的临界电荷数，一般取108，此时临界电场Ecrit强度为28.5kV/cm；
对间隙进行空间离散，对于已经发展为流注的空间点(i，j)，设其下一步流注可能发展点为(i，j)点周围包括对角线方向在内的共8个点，则根据流注头部必须存在电场强度大于Ecrit的碰撞电离区，该点周围8点成为待发展点首先必须满足其局部电场E≥Ecrit；计算流注下一步发展方向之前，首先遍历已经发展为流注的空间点，确定下一步流注发展所有可能的待发展点；
若二次电子自某一个待发展点(i-1，j-1)起始，至形成与流注点(i，j) 相连接的流注通道所需要的形成时间为ti，且假设该局部间隙击穿时延满足Weibull分布，则当t＞0时，流注每向前发展一步需要的形成时间t概率密度p(t)满足，
p(t)＝r(E)e-r(E)t
r(E)为流注概率发展函数，流注下一步发展所需时间≥ti的概率为，
Figure GDA0003422327300000102
ti可表示为，
Figure GDA0003422327300000103
则流注生长概率函数可表示为，
Figure GDA0003422327300000111
其中，τ为时间常数；Ei为待发展点局部场强；n为概率发展函数；
若流注生长第k步时,有M个可能的待发展点,依次计算所有ti(0<i≤ M),选取击穿时延最短的待发展点作为新的流注点,并选取该最短形成时间tmin为k+1步的时间步长；
当流注到达板电极时,间隙击穿,流注区域注电流急剧增加；电流密度大的流注通道最终转化电弧态的主放电通道；为确定最后的主放电通道当流注到达板电极时,以电极头部为起始点，以流区域空间为待发展点, 选择最后的主放电通道,且假设主放电通道的发展概率由NPW模型推荐发展概表达式决定，
Figure GDA0003422327300000112
其中，Esi为第i个流注点的局部电场；M为流住区主放电通道待发展点数；即可确定流注主放电通道发展路径。
本发明采用时间分辨率为6.29ns的光电倍增管，弥补高速摄像机在时间分辨率上的不足，为纳秒级时间尺度下放电发展过程的观测提供了新的技术手段；基于Pockels效应的光电集成电场传感器可将电信号转换为光信号，且全绝缘结构型式实现了间隙空间电场的近距离测量。利用高速摄像机、光电倍增管和电场传感器对长间隙放电发展过程进行联合观测，获得流注起止时间、流注起始场强、空间电荷和放电路径等多特征参数，建立考虑空间电荷变化和流注分叉影响的动态流注分形发展模型，获得放电过程中流注长度及空间电荷动态分布规律，深入探索放电通道空间电荷产生、积聚和消散对放电发展的引导机制，分析长空气球-板间隙放电特性及其机理。本方法针对不同电极类型放电差异，在传统棒-板和棒-棒等典型间隙结构放电研究基础上，探究适用于球-板电极放电观测手段，依据临界体积(CVM)理论构建大直径球-板间隙流注起始判据，利用Rayleigh分布表征流注起始时延分布特性，结合流注形态特征建立反映流注发展过程的物理仿真模型，为建立更加完善的长间隙放电物理模型奠定基础，并推广应用至其他条件下放电发展过程预测，进一步提升直流输电系统绝缘设计的安全性和经济性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种长空气间隙球形电极流注放电模拟系统的模拟方法，其特征在于：长空气间隙球形电极流注放电模拟系统包括，
相互电连接的冲击电压发生器(1)和分压器(2)，用于生成电压信号触发源；
与分压器(2)电连接的球形实验电极(3)和接地的镀锌电极板(4)，用于形成实验放电电场；
高电位瞬态电流测量装置(5)，用于测量放电过程中的高电位电流，以确定初始流注发展过程中注入电荷量；
电场传感器(6)，用于测量放电过程中的空间瞬态电场，以确定初始流注发展过程中初始流注起始场强、初始流注场强跃升幅值和畸变电场恢复时间；
光电倍增管(7)，用于测量放电过程中瞬时光功率，以确定初始流注发展过程中初始流注起止时间；
高速摄像机(8)，用于观测放电通道运动轨迹和放电发展速度；
示波器(9)，用于采集空间场强、瞬时光功率和电极电压信号；
模拟终端(10)，与高电位瞬态电流测量装置(5)、电场传感器(6)、光电倍增管(7)、高速摄像机(8)和示波器(9)通讯连接，用于建立基于电荷积累的球-板间隙动态流注分形发展模型；
长空气间隙球形电极流注放电模拟系统的模拟方法包括以下步骤：
A、启动冲击电压发生器(1)，使球形实验电极(3)和镀锌电极板(4)间形成实验放电电场，高电位瞬态电流测量装置(5)测量放电过程中的高电位电流，光电倍增管(7)测量放电过程中瞬时光功率，高速摄像机(8)观测放电通道运动轨迹和放电发展速度，示波器(9)采集空间场强、瞬时光功率和电极电压信号，模拟终端(10)获取长间隙球-板电极流注放电特征参数，构成研究样本集；
B、对采集到的多物理量特征参数进行时间节点对齐，对光电参数联合分析变化规律；
C、根据光电联合观测试验结果将放电过程进行精确划分，通过拟合流注起始条件与影响变量的函数关系，建立长间隙球-板电极流注放电起始判据；
D、通过得到的流注起始判据，评估各影响因子的权重，分析流注发展过程中空间电荷分布情况；
E、流注起始并向前发展过程中产生的空间电荷会影响放电通道的电场分布，从而影响流注发展路径，结合分形理论建立基于电荷积累的球-板间隙动态流注分形发展模型；利用球-板间隙动态流注分形发展模型计算获得流注起始时间、流注发展速度和空间电场跃升幅值参数，并与步骤A中对应的测量值对比，完善修正仿真模型，从而获得放电通道动态电荷累积及流注步进式发展规律，揭示放电通道空间电荷对放电发展的引导机制。
2.根据权利要求1所述的长空气间隙球形电极流注放电模拟系统的模拟方法，其特征在于：所述光电倍增管(7)采用全绝缘尾纤作为感应窗口。
3.根据权利要求1所述的长空气间隙球形电极流注放电模拟系统的模拟方法，其特征在于：步骤B中，球形实验电极(3)与镀锌电极板(4)间隙距离分别选择1m、2m、3m和5m，球形实验电极(3)曲率半径分别为0.35m、0.7m、1.0m和1.25m；施加标准操作冲击电压，比较分析不同间隙距离和电极曲率下初始流注放电过程特征参数，确定初始流注起始时间特征参数与电极曲率、间隙距离和电压上升率的关系。
4.根据权利要求3所述的长空气间隙球形电极流注放电模拟系统的模拟方法，其特征在于：步骤C中，
球形实验电极(3)端部出现流注后，空间电场和光功率同时出现跃升，该时刻为初始流注的起始时刻，对应的电场强度为流注起始场强；流注电离过程停止后，空间电场跃升停止，光功率下降为零，该时刻为初始流注的结束时刻；统计不同电极曲率、间隙距离和电压上升率条件下初始流注起始时间、初始流注持续时间和场强跃升幅值特征参数，并研究分析各特征参数之间的关系；
获得流注起始特征参数后，确定大直径球电极流注起始判据并研究其与放电分散性的关联关系；冲击电压作用下流注起始时延包括升压时延和统计时延两部分，随着电极曲率半径的增大，流注起始时延的分散性主要来自于有效自由电子形成的分散性，而临界体积内自由电子产生概率正比于施加场强；只有在临界体积内产生自由电子，才能成为有效自由电子，最终引起流注起始，在t时刻临界体积Vc内自由电子产生频率Pe表示为：
Figure FDA0003422327290000031
其中，Vc为时刻t的临界体积，τ为负离子寿命；当电场强度大于30kV/cm时，在临界体积内n-/τ可认为保持不变；因此有效自由电子出现频率Pe与临界体积成正比，而临界体积正比于施加电场；对于冲击电压，用电压变化率来计算瞬时电压，因此Pe表示为Pe＝Kt，其中，K为电极曲率半径、电压变化率和间隙距离的函数；结合有效电子出现频率的流注起始时延的概率密度表达式，流注起始时延概率分布表示为：
Figure FDA0003422327290000032
冲击电压作用下的大直径球-板间隙流注起始场强表示为：
Ei-impulse＝Ei-dc+ΔE
式中：Ei-impulse为冲击电压作用下流注起始场强；ΔE为与直流电压作用下流注起始场强相比的起始场强增量；ΔE同样体现了冲击电压下临界体积Vc内出现足够有效自由电子对流注起始的影响，因此冲击电压作用下的初始流注起始场强需要在直流电压作用基础上考虑电压上升率的影响；依据实测数据回归得到流注起始场强与电极曲率、间隙距离和电压上升率的关系，最终提出适用于大直径球-板间隙的流注起始判据。
5.根据权利要求4所述的长空气间隙球形电极流注放电模拟系统的模拟方法，其特征在于：步骤E中，初始电子崩起始于z＝zi，即电离系数α等于附着系数η；当电子崩头部的电荷满足如下关系时，流注起始，
Figure FDA0003422327290000041
式中，电离系数α与附着系数η均为约化场强E/N的函数；d为间隙距离，Ncrit为形成流注所需要的临界电荷数，取108，此时临界电场Ecrit强度为28.5kV/cm；
对间隙进行空间离散，对于已经发展为流注的空间点(i,j),设其下一步流注可能发展点为(i,j)点周围包括对角线方向在内的共8个点,则根据流注头部必须存在电场强度大于Ecrit的碰撞电离区,该点周围8点成为待发展点首先必须满足其局部电场E≥Ecrit；计算流注下一步发展方向之前,首先遍历已经发展为流注的空间点,确定下一步流注发展所有可能的待发展点；
若二次电子自某一个待发展点(i-1,j-1)起始,至形成与流注点(i,j)相连接的流注通道所需要的形成时间为ti,且假设该局部间隙击穿时延满足Weibull分布,则当t>0时,流注每向前发展一步需要的形成时间t概率密度p(t)满足，
p(t)＝r(E)e-r(E)t
r(E)为流注概率发展函数，流注下一步发展所需时间≥ti的概率为，
Figure FDA0003422327290000042
ti表示为，
Figure FDA0003422327290000043
则流注生长概率函数表示为，
Figure FDA0003422327290000051
其中，τ为时间常数；Ei为待发展点局部场强；n为概率发展函数；
若流注生长第k步时,有M个可能的待发展点,依次计算所有ti(0<i≤M),选取击穿时延最短的待发展点作为新的流注点,并选取该最短形成时间tmin为k+1步的时间步长；
当流注到达板电极时,间隙击穿,流注区域注电流急剧增加；电流密度大的流注通道最终转化电弧态的主放电通道；为确定最后的主放电通道当流注到达板电极时,以电极头部为起始点，以流区域空间为待发展点,选择最后的主放电通道,且假设主放电通道的发展概率由NPW模型推荐发展概表达式决定，
Figure FDA0003422327290000052
其中，Esi为第i个流注点的局部电场；M为流住区主放电通道待发展点数；即可确定流注主放电通道发展路径。
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