本技術涉及油浸式電流互感器，尤其是涉及到一種計及電子飽和速度的絕緣油中放電激波幅值計算方法、裝置、存儲介質(zhì)及計算機設備。

背景技術：

1、近年來安徽省網(wǎng)發(fā)生多起油浸式電流互感器爆炸事故、導致了濺射等次生損害，其本質(zhì)原因是內(nèi)部電弧故障導致絕緣油擊穿，產(chǎn)生油氣混合物并在高溫高壓的工況下極速膨脹、進而使外殼承壓過高而破裂。由于電流互感器結(jié)構復雜、電弧故障發(fā)展迅速，不容易捕捉到電弧故障發(fā)生時的關鍵特征，所以目前不清楚內(nèi)部絕緣油在電弧故障下的狀態(tài)變化。

2、電弧放電的持續(xù)發(fā)展是導致爆炸的起因，在此過程中，電弧放電發(fā)生前存在強電場作用，電弧發(fā)展過程中電流互感器內(nèi)部溫度和壓力持續(xù)升高直至發(fā)生爆炸，在電流互感器爆炸前電弧放電動態(tài)過程中存在著強電場、高溫度場和高壓力場等多物理場耦合作用，時刻影響著電流互感器整體的運行狀態(tài)。從微觀層面上看，絕緣油中電弧是一種由大量帶電粒子相互碰撞、耦合、整體呈現(xiàn)電中性的等離子體，由內(nèi)部及外部邊界上的帶電粒子碰撞作用產(chǎn)生的能量以光的形式展現(xiàn)出來，反應越劇烈亮度越高，光譜信號越強。

3、針對電流互感器內(nèi)部電弧故障展開研究，搭建絕緣油中電弧放電等離子體通道模型對揭示電流互感器爆炸前從局部放電到電弧形成的演化過程具有指導意義，為互感器外殼承壓分布分析工作奠定理論基礎。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術實施例提供了一種計及電子飽和速度的絕緣油中放電激波幅值計算方法、裝置、存儲介質(zhì)及計算機設備，可以實現(xiàn)對絕緣油電弧放電等離子體進行建模分析，不僅可以反應電弧等離子體通道的發(fā)展與運動特性，還可以定量計算影響流注發(fā)展的電子飽和速度的值，進而通過大量液電效應實驗數(shù)據(jù)獲取激波幅值與電子飽和速度之間的關系?？纱偈菇^緣油中電弧放電過程理論化、系統(tǒng)化，對揭示絕緣油中電弧放電機理具有指導意義。

2、根據(jù)本技術的一個方面，提供了一種計及電子飽和速度的絕緣油中放電激波幅值計算方法，所述方法包括：

3、對油浸式電流互感器的電弧故障模擬裝置中的針板電極兩端施加沖擊電壓，并計算電弧故障模擬裝置對應的電離產(chǎn)生項，其中，所述油浸式電流互感器在發(fā)生電弧故障導致絕緣油層發(fā)生擊穿時形成不均勻場強抽象為針板電極下的絕緣油放電過程；

4、根據(jù)等離子體流體動力學模型，基于所述電離產(chǎn)生項計算任意時刻的空間電場強度和粒子濃度分布；

5、根據(jù)所述空間電場強度和所述粒子濃度分布，確定絕緣油電子飽和速度；

6、獲取放電激波幅值數(shù)據(jù)，并基于所述放電激波幅值數(shù)據(jù)和所述絕緣油電子飽和速度，擬合放電激波幅值與所述絕緣油電子飽和速度之間的關系式。

7、可選地，所述裝置還用于：

8、利用場致電離理論方程計算電離產(chǎn)生項，其中，所述場致電離理論方程的表達式為：

9、

10、其中，q為電子電量，n0為單位體積內(nèi)可電離分子數(shù)，為電場強度，h為普朗克常數(shù)，a為分子間距，m*為有效電子質(zhì)量，δ0為絕緣油的電離能，γ為電離系數(shù)。

11、可選地，所述電離產(chǎn)生項包括電荷產(chǎn)生速率，所述粒子濃度分布包括正離子濃度分布、負離子濃度分布和電子濃度分布；等離子體流體動力學模型的表達式為：

12、

13、

14、

15、

16、其中，t表示時間，εr表示絕緣油的相對介電常數(shù)，ε0表示真空介電常數(shù)，q表示電子電量，v表示沖擊電壓的電壓值，r±表示正負離子復合率，r+e表示正離子和電子的復合率，ρ+、ρ-、ρe、分別表示正離子、負離子、電子的濃度分布，μ+、μ-、μe分別表示正離子、負離子、電子的遷移率，τe為電子-液體分子吸附時間，τa為電子附著時間常數(shù)，表示電荷產(chǎn)生速率。

17、可選地，所述裝置還用于：

18、根據(jù)所述粒子濃度分布確定等離子通道電導率，并根據(jù)絕緣油電子飽和速度表達式確定絕緣油電子飽和速度，其中，所述絕緣油電子飽和速度表達式為：

19、

20、其中，μe_0＝1×10-4m2v-1s-1，基準電場強度e0＝0.1mv/cm，v1為擬合系數(shù)，σ為等離子通道電導率，ρ0凈空間電荷密度，為取決于電場強度的常數(shù)。

21、可選地，與電場強度之間負相關。

22、可選地，放電激波幅值與所述絕緣油電子飽和速度之間的關系式，具體如下：

23、

24、

25、其中，i為等離子電弧通道瞬時電流，r為等離子體電弧擊穿后的流注半徑，na為阿伏伽德羅常數(shù)，k為絕緣油的流注極性系數(shù)，l為電極間距，n+、n-、ne分別為正離子數(shù)量、負離子數(shù)量和電子數(shù)量，u(t)表示沖擊電壓隨時間的變化值。

26、可選地，u(t)＝uc(e-αt-e-βt)，其中，uc為沖擊電壓的幅值，α為波前系數(shù)，β為波尾系數(shù)。

27、根據(jù)本技術的另一方面，提供了一種計及電子飽和速度的絕緣油中放電激波幅值計算裝置，所述裝置用于：

28、對油浸式電流互感器的電弧故障模擬裝置中的針板電極兩端施加沖擊電壓，并計算電弧故障模擬裝置對應的電離產(chǎn)生項，其中，所述油浸式電流互感器在發(fā)生電弧故障導致絕緣油層發(fā)生擊穿時形成不均勻場強抽象為針板電極下的絕緣油放電過程；

29、根據(jù)等離子體流體動力學模型，基于所述電離產(chǎn)生項計算任意時刻的空間電場強度和粒子濃度分布；

30、根據(jù)所述空間電場強度和所述粒子濃度分布，確定絕緣油電子飽和速度；

31、獲取放電激波幅值數(shù)據(jù)，并基于所述放電激波幅值數(shù)據(jù)和所述絕緣油電子飽和速度，擬合放電激波幅值與所述絕緣油電子飽和速度之間的關系式。

32、可選地，計算電弧故障模擬裝置對應的電離產(chǎn)生項，包括：

33、利用場致電離理論方程計算電離產(chǎn)生項，其中，所述場致電離理論方程的表達式為：

34、

35、其中，q為電子電量，n0為單位體積內(nèi)可電離分子數(shù)，為電場強度，h為普朗克常數(shù)，a為分子間距，m*為有效電子質(zhì)量，δ0為絕緣油的電離能，γ為電離系數(shù)。

36、可選地，所述電離產(chǎn)生項包括電荷產(chǎn)生速率，所述粒子濃度分布包括正離子濃度分布、負離子濃度分布和電子濃度分布；等離子體流體動力學模型的表達式為：

37、

38、

39、

40、

41、其中，t表示時間，εr表示絕緣油的相對介電常數(shù)，ε0表示真空介電常數(shù)，q表示電子電量，v表示沖擊電壓的電壓值，r±表示正負離子復合率，r+e表示正離子和電子的復合率，ρ+、ρ-、ρe、分別表示正離子、負離子、電子的濃度分布，μ+、μ-、μe分別表示正離子、負離子、電子的遷移率，τe為電子-液體分子吸附時間，τa為電子附著時間常數(shù)，表示電荷產(chǎn)生速率。

42、可選地，根據(jù)所述空間電場強度和所述粒子濃度分布，確定絕緣油電子飽和速度，包括：

43、根據(jù)所述粒子濃度分布確定等離子通道電導率，并根據(jù)絕緣油電子飽和速度表達式確定絕緣油電子飽和速度，其中，所述絕緣油電子飽和速度表達式為：

44、

45、其中，μe_0＝1×10-4m2v-1s-1，基準電場強度e0＝0.1mv/cm，v1為擬合系數(shù)，σ為等離子通道電導率，ρ0凈空間電荷密度，為取決于電場強度的常數(shù)。

46、可選地，與電場強度之間負相關。

47、可選地，放電激波幅值與所述絕緣油電子飽和速度之間的關系式，具體如下：

48、

49、

50、其中，i為等離子電弧通道瞬時電流，r為等離子體電弧擊穿后的流注半徑，na為阿伏伽德羅常數(shù)，k為絕緣油的流注極性系數(shù)，l為電極間距，n+、n-、ne分別為正離子數(shù)量、負離子數(shù)量和電子數(shù)量，u(t)表示沖擊電壓隨時間的變化值。

51、可選地，u(t)＝uc(e-αt-e-βt)，其中，uc為沖擊電壓的幅值，α為波前系數(shù)，β為波尾系數(shù)。

52、依據(jù)本技術又一個方面，提供了一種存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述計及電子飽和速度的絕緣油中放電激波幅值計算方法。

53、依據(jù)本技術再一個方面，提供了一種計算機設備，包括存儲介質(zhì)、處理器及存儲在存儲介質(zhì)上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)上述計及電子飽和速度的絕緣油中放電激波幅值計算方法。

54、借由上述技術方案，本技術實施例提供的一種計及電子飽和速度的絕緣油中放電激波幅值計算方法、裝置、存儲介質(zhì)及計算機設備，可以實現(xiàn)對絕緣油電弧放電等離子體進行建模分析，不僅可以反應電弧等離子體通道的發(fā)展與運動特性，還可以定量計算影響流注發(fā)展的電子飽和速度的值，進而通過大量液電效應實驗數(shù)據(jù)獲取激波幅值與電子飽和速度之間的關系?？纱偈菇^緣油中電弧放電過程理論化、系統(tǒng)化，對揭示絕緣油中電弧放電機理具有指導意義。

55、上述說明僅是本技術技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術的技術手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本技術的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本技術的具體實施方式。