(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210638345.4 (22)申请日 2022.06.08 (71)申请人 南昌大学 地址 330000 江西省南昌市红谷滩新区学 府大道999号 (72)发明人 邱志斌　吴子建　宋雨　吴睿雯　 李俊轩　 (74)专利代理 机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 1 1246 专利代理师 王焕巧 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种表征输电线路杆塔空气间隙的极间电 场特征集 (57)摘要 本发明公开一种表征输电线路杆塔空气间 隙的极间电场特征集。 构建杆塔间隙仿真模型、 采用有限元法计算静电场分布， 将分裂子导线或 均压环表面上的电场强度最大值位置记为点A， 将塔身或横担上距离点A最近的一条水平线Lhr 上电场强度最大值位置记为点B， 点A与点B的连 线为最短路径LAB。 以点A为顶点、 顶角为θ定义 一个圆锥形区域， 底面S与塔身或横担重合。 在底 面S的圆弧边界上选取3个辅助点C1、 C2、 C3， 分别 与点A相连， 构成辅助路径LAC1、 LAC2、 LAC3， 将圆锥 形区域表 面电位V＝x ·U的闭合曲线定义为等势 环， 从最短路径、 辅助路径和等势环中提取相关 特征量， 用以表征杆塔空气间隙的复杂结构。 本 发明提供的电场特征集可为空气间隙绝缘预测 模型提供输入参 量。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 114818443 A 2022.07.29 CN 114818443 A 1.一种表征输电线路杆塔空气间隙的极间电场特征集， 其特征在于， 构建杆塔空气间 隙仿真模型， 对分裂导线、 均压环、 线夹、 绝缘子高压侧金具施加电位U， 对塔身、 低压端 金具 金属表面和截断空气边界施加 零电位， 采用有限元法计算静电场分布， 定义相关区域用于 极间电场特 征提取： 将邻近塔身的分裂子导线或均压环表面上的 电场强度最大值所在位置记为点A， 将塔 身或横担上距离点A最近的一条水平线Lhr上的电场强度最大值所在位置记为点B， 定义点A 与点B的连线为 最短路径LAB； 在分裂导线或均压环与塔身或横担之间的空气间隙内， 以点A为顶点、 顶角为θ定义一 个圆锥形区域， 底面S与塔身或横 担重合； 在底 面S的圆弧边界上选取3个辅助点C1、 C2、 C3， 分 别与点A相连， 构成辅助路径LAC1、 LAC2、 LAC3； 将圆锥形区域表面电位V＝x ·U的闭合曲线定义 为等势环。 2.根据权利要求1所述的一种表征输电线路杆塔空气间隙的极间电场特征集， 其特征 在于， 在LAB上提取以下电场特征量： 电场 强度最大值Emx、 最小值Emn、 平均值Ea、 大值平均值 Era、 标准差Estd； 电场梯度最大值Egmx、 平均值Ega、 大值平均值Erga； 场强平方和We、 场强平方的 平均值Wea； 电场饱和系数fb； 电场强度E>Ea的路径段的长度La、 场强平方和Wpe、 电场积分Va及 其分别与间隙距离d、 We、 U的比值 Lra、 Wrpe、 Vra。 3.根据权利要求2所述的一种表征输电线路杆塔空气间隙的极间电场特征集， 其特征 在于， 分别 在各辅助路径上提取以下电场特征量： 各辅助路径上电位V ＝x·U处的电场强度 Ekx； 电位V>x·U路径段的平均电场强度Ekxa及其与Ea的比值Erkx、 平均电场梯度Egkxa； 电位V> x·U路径段的电场不均匀度fkx、 畸变率Edkx。 4.根据权利要求1所述的一种表征输电线路杆塔空气间隙的极间电场特征集， 其特征 在于， 在等势环上提取以下电场特征量： 平均电场强度Ehxa、 场强平方的平均值Whxea， 等势环 的等效半径Rx及其等效中心至塔身或横担的最短距离dx。 5.根据权利要求1所述的一种表征输电线路杆塔空气间隙的极间电场特征集， 其特征 在于， 圆锥形区域的顶角 θ 的取值范围为[3 0°,90°]， 等势环x·U取为0.4U、 0.6U、 0.8U。 6.根据权利要求1所述的一种表征输电线路杆塔空气间隙的极间电场特征集， 其特征 在于， 在3条辅助路径中， 将垂直于水平 线Lhr的其中一 条辅助路径记为LAC1， 绕圆锥形区域的 中心轴依次逆时针旋转90 °和180°得到LAC2、 LAC3。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114818443 A 2一种表征输电线路杆塔空 气间隙的极 间电场特征集 技术领域 [0001]本发明涉及高电压与绝缘技术领域， 具体涉及一种表征输电线路杆塔空气间隙的 极间电场特 征集。 背景技术 [0002]空气间隙的放电特性是输电工程外绝缘设计的重要依据。 由于缺乏完善的气体放 电理论， 无法通过建立完整的放电物理模型来获取空气间隙的放电特性， 空气间隙绝缘强 度的确定仍然依赖于放电特性试验。 然而， 输电线路杆塔间隙复杂多样， 每出现一种新的间 隙结构都要重新开展 试验。 受测试成本和试验周期的制约， 试验研究往往难以推广。 间隙结 构与静电场分布一一对应， 可提取信息更丰富的多维电场特征替代间隙距离、 电极尺寸等 简单结构参数对输电线路杆塔间隙的三 维空间结构进 行表征， 通过建立参数化的电场分布 特征集与放电 电压之间的非线性映射关系， 可为实现工程间隙的绝 缘计算提供可行方法。 [0003]目前， 对空气间隙电场分布的表征方法已有相关研究。 例如， 在 “一种表征球隙电 场分布的最短路径特征集 ”(ZL 201810070448.9)和 “一种输电线路杆塔空气间隙的电场分 布表征方法 ”(CN 202110637345.8)等已公开的技术中， 分别提出采用 “最短路径 ”或“最短 路径、 锥形场域 ”作为特征提取区域对空气间隙的电场分布进 行表征。 仅采用 “最短路径 ”定 义的相关特征量难以充分表征输电线路 ‑杆塔间隙的复杂结构， 而由于 “锥形场域 ”内的网 格单元数众多， 提取原始数据和计算特征往往花费较长时间， 同时， 整个区域的表征思路难 以全面反映极间电场分布在不同方向上的畸变情况。 为 实现间隙结构的合理表征， 可对 “锥 形场域”的提取区域进行简化， 构建更为高效、 合理的极间电场特征集， 进一步突出高压导 体与接地电极之间不同方向上的电场变化。 发明内容 [0004]针对现有技术存在的问题， 本发明的目的在于提供一种表征输电线路杆塔空气间 隙的极间电场特征集， 为合理表征输电线路杆塔空气间隙的复杂结构， 并进一步实现击穿 电压预测提供基础特 征参数。 [0005]为达到此发明目的， 本发明采用以下技 术方案： [0006]一种表征输电线路杆塔空气间隙的极间电场特征集， 构建杆塔空气间隙仿真模 型， 对分裂导线、 均压环、 线夹、 绝缘子高压侧金具施加电位U， 对塔身、 低压端 金具(拉杆、 连 接件)等金属表面和截断空气边界施加零电位， 采用有限元法计算静电场分布， 定义最短路 径、 辅助路径和等势环区域用于 极间电场特征提取。 具体地， 将邻近塔身的分裂子导线或均 压环表面上的电场强度最大值所在位置记为点A， 将 塔身或横担上距离点A 最近的一条水平 线Lhr上的电场强度最大值所在位置记为点B， 定义点A与点B的连线为最短路径LAB。 在分裂 导线或均压环与塔身或横担之间的空气间隙内， 以点A为顶点、 顶角为θ定义一个圆锥形区 域， 底面S与塔身或横担重合。 在底面S的圆弧边界上选取3个辅助点C1、 C2、 C3， 分别与点A相 连， 构成辅助路径LAC1、 LAC2、 LAC3。 将圆锥形区域表 面电位V＝x ·U的闭合曲线定义为等势环。说　明　书 1/6 页 3 CN 114818443 A 3