本申請(qǐng)涉及電力系統(tǒng)防雷的，尤其涉及配網(wǎng)半封閉短間隙結(jié)構(gòu)避雷器斷弧過(guò)程仿真分析方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，基于半封閉短間隙結(jié)構(gòu)電弧放電現(xiàn)象研制出的多腔室間隙防雷裝置（簡(jiǎn)稱多間隙避雷器），具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通流容量大等優(yōu)勢(shì)，目前已對(duì)傳統(tǒng)避雷器市場(chǎng)產(chǎn)生了沖擊?？諝饨^緣的自恢復(fù)性能極佳，通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用在防雷裝置上能顯著延長(zhǎng)使用壽命，且造價(jià)低廉、易于實(shí)施推廣，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α，F(xiàn)有研究表明，多間隙避雷器滅弧性能出色，通過(guò)合理的應(yīng)用在雷害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高的線路上，能有效遮斷單相接地故障產(chǎn)生的沖擊電弧以及相間故障引發(fā)的工頻續(xù)流電弧，顯著降低建弧率，避免雷擊跳閘事故的發(fā)生。為了提高避雷器的斷弧能力，有必要研究避雷器斷弧的具體過(guò)程及電弧的物理特性。

2、要準(zhǔn)確描述電弧的現(xiàn)象十分困難，電弧產(chǎn)生時(shí)涉及光、電、熱等復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，常規(guī)試驗(yàn)條件僅能滿足電弧的電壓、電流和光學(xué)觀測(cè)，且成本高昂、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此，通過(guò)數(shù)值仿真的方法模擬電弧實(shí)際運(yùn)動(dòng)發(fā)展過(guò)程成為近年來(lái)的研究的趨勢(shì)及熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)電弧的研究可分為內(nèi)特性與外特性兩個(gè)維度，分別揭示了電弧的內(nèi)在物理化學(xué)特性和其在外部電路中的電氣行為。電弧的內(nèi)特性模型主要關(guān)注電弧微觀層面的等離子體狀態(tài)，利用電磁學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)領(lǐng)域的偏微分物理控制方程組等理論，對(duì)電弧燃燒過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、粒子組分參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)等開(kāi)展深入分析，典型內(nèi)特性包含磁流體（mhd）模型、動(dòng)力學(xué)模型和粒子組分模型等。根據(jù)電子溫度和重粒子溫度的差異，電弧微觀數(shù)學(xué)模型又可分為單溫度模型和雙溫度模型。電弧的外特性模型又稱電弧的黑盒模型，則主要關(guān)注電弧與外圍電路或系統(tǒng)之間的電氣關(guān)系，重點(diǎn)研究電弧的電壓、電流、電阻及功率等宏觀參數(shù)，進(jìn)而揭示電弧的阻抗關(guān)系、能量平衡等關(guān)鍵特征，典型的外特性模型包括mayr模型、改進(jìn)cassie模型和kema模型等。

3、相關(guān)技術(shù)中，滅弧腔室內(nèi)部電弧的運(yùn)動(dòng)特性受外部激勵(lì)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)雙重影響，而運(yùn)動(dòng)電弧的數(shù)值模型僅考慮單一物理場(chǎng)，對(duì)應(yīng)同時(shí)求解多組非線性度極高的偏微分方程組，邊界條件或材料參數(shù)設(shè)置不合理極易導(dǎo)致沒(méi)有真解。已有cassie電弧模型關(guān)注外電路特性，電弧的運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)法體現(xiàn)；而已有磁流體模型雖討論了電弧的穩(wěn)態(tài)特征但尚未揭示其發(fā)展特性；在仿真中忽略的因素較多，并且基于一些理想化的假設(shè)，導(dǎo)致結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差，降低了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┡渚W(wǎng)半封閉短間隙結(jié)構(gòu)避雷器斷弧過(guò)程仿真分析方法，能夠提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N半封閉短間隙結(jié)構(gòu)斷弧過(guò)程分析方法，包括：

3、確定電弧的熄弧判據(jù)；

4、基于磁流體動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型；

5、基于所述半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型，根據(jù)所述熄弧判據(jù)確定關(guān)于半封閉短間隙結(jié)構(gòu)內(nèi)電弧等離子的運(yùn)動(dòng)特性的分析結(jié)果。

6、可選地，電弧的熄弧判據(jù)為臨界溫度。

7、可選地，所述磁流體動(dòng)力學(xué)模型中，熱場(chǎng)、氣流場(chǎng)和電磁場(chǎng)之間通過(guò)電弧材料參數(shù)相互耦合。

8、可選地，基于磁流體動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型，基于以下前提條件中至少一者：

9、電弧屬于低溫?zé)岬入x子體，具備可壓縮性；

10、電弧達(dá)到局部熱力學(xué)平衡條件；

11、電弧的電導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度系數(shù)等參數(shù)僅為溫度的函數(shù)，電弧密度為溫度與壓強(qiáng)的函數(shù)；

12、考慮洛倫茲力對(duì)電弧運(yùn)動(dòng)的影響；

13、忽略電極的燒蝕形變；

14、考慮重力作用，不考慮粘性耗散。

15、可選地，確定關(guān)于半封閉短間隙結(jié)構(gòu)內(nèi)電弧等離子的運(yùn)動(dòng)特性的分析結(jié)果包括基于半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型確定仿真結(jié)果和對(duì)所述仿真結(jié)果進(jìn)行分析；

16、其中，所述基于半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型確定仿真結(jié)果包括：

17、確定用以模擬半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的集合模型；

18、通過(guò)對(duì)被網(wǎng)格劃分的集合模型求解獲得半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的噴弧過(guò)程；

19、確定電弧放電激勵(lì)參數(shù)、電弧放電邊界參數(shù)和半封閉短間隙結(jié)構(gòu)材料特性。

20、可選地，所述電弧放電激勵(lì)參數(shù)為雷電流耦合工頻續(xù)流時(shí)所產(chǎn)生相關(guān)參數(shù)。

21、可選地，所述雷電流為以下公式所表示形式，

22、；

23、式中， k為比例系數(shù)，為標(biāo)準(zhǔn)雷電流幅值；為波形調(diào)整系數(shù)。

24、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N半封閉短間隙結(jié)構(gòu)斷弧過(guò)程分析裝置，包括：

25、第一確定模塊，用以確定電弧的熄弧判據(jù)；

26、構(gòu)建模塊，用以基于磁流體動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型；

27、第二確定模塊，用以基于所述半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型，根據(jù)所述熄弧判據(jù)確定關(guān)于半封閉短間隙結(jié)構(gòu)內(nèi)電弧等離子的運(yùn)動(dòng)特性的分析結(jié)果。

28、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述的方法。

29、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N執(zhí)行設(shè)備，包括處理器和存儲(chǔ)器，所述處理器與所述存儲(chǔ)器耦合；

30、所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序；

31、所述處理器，用于執(zhí)行所述存儲(chǔ)器中的程序，使得所述執(zhí)行設(shè)備執(zhí)行如上述的方法。

32、本申請(qǐng)所公開(kāi)方法中，首先確定電弧熄弧判據(jù)，為后續(xù)基于半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型確定分析結(jié)果提供了依據(jù)。并基于磁流體動(dòng)力學(xué)理論建立了半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型，通過(guò)該仿真模型分析了滅弧腔室內(nèi)電弧等離子體的動(dòng)態(tài)特性。由于在構(gòu)建仿真模型的過(guò)程中基于磁流體動(dòng)力學(xué)模型，這樣考慮了多個(gè)物理場(chǎng)耦合，由此提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)特征：

1.一種配網(wǎng)半封閉短間隙結(jié)構(gòu)避雷器斷弧過(guò)程仿真分析方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，電弧的熄弧判據(jù)為臨界溫度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁流體動(dòng)力學(xué)模型中，熱場(chǎng)、氣流場(chǎng)和電磁場(chǎng)之間通過(guò)電弧材料參數(shù)相互耦合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于磁流體動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型，基于以下前提條件中至少一者：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定關(guān)于半封閉短間隙結(jié)構(gòu)內(nèi)電弧等離子的運(yùn)動(dòng)特性的分析結(jié)果包括基于半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型確定仿真結(jié)果和對(duì)所述仿真結(jié)果進(jìn)行分析；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述電弧放電激勵(lì)參數(shù)為雷電流耦合工頻續(xù)流時(shí)所產(chǎn)生相關(guān)參數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述雷電流為以下公式所表示形式，

8.一種配網(wǎng)半封閉短間隙結(jié)構(gòu)避雷器斷弧過(guò)程仿真分析方法分析裝置，其特征在于，包括：

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法。

10.一種執(zhí)行設(shè)備，其特征在于，包括處理器和存儲(chǔ)器，所述處理器與所述存儲(chǔ)器耦合；

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了配網(wǎng)半封閉短間隙結(jié)構(gòu)避雷器斷弧過(guò)程仿真分析方法。該方法中，首先確定電弧熄弧判據(jù)，為后續(xù)基于半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型確定分析結(jié)果提供了依據(jù)。并基于磁流體動(dòng)力學(xué)理論建立了半封閉短間隙結(jié)構(gòu)的仿真模型，通過(guò)該仿真模型分析了滅弧腔室內(nèi)電弧等離子體的動(dòng)態(tài)特性。由于在構(gòu)建仿真模型的過(guò)程中基于磁流體動(dòng)力學(xué)模型，這樣考慮了多個(gè)物理場(chǎng)耦合，由此提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧冶強(qiáng),潘才維,沈雅利,陳錦添,王羽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10