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固体绝缘单气隙局部放电行为的模型构建与动态仿真

作　者: 张富春
导　师: 汪沨
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: 绝缘子等离子体局部放电有限元粒子模拟
分类号: TM854
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 195次
引　用: 2次
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内容摘要

局部放电是造成高压电气设备绝缘劣化和老化的重要因素,而设备的绝缘状态直接影响到电气设备在电力系统中的安全稳定运行。因此,局部放电成为电力学科研究的重要课题。局部放电的机理研究是对局部放电进行有效快速检测和危险评估的基础。固体绝缘设备内气隙放电是一种典型的局部放电,对气隙局部放电的数值仿真研究有助于了解局部放电的物理过程和对绝缘的破坏规律,是认识局部放电机理的一个重要途径,为进一步完善电力设备局部放电在线监测系统提供理论基础,这对维护电力系统安全运行以及预防设备故障都有着重要意义。本文从气体放电的机理出发,阐述了带电粒子在电场中的运动规律,概述了等离子体的基本原理,并根据等离子体理论改进了经典的三电容模型,对环氧树脂内部单、双气隙条件下局部放电过程进行了MATLAB/SIMULINK仿真,得到了接近于实测波形的结果,该模型是对传统三电容模型的补充。为了使局部放电仿真更接近于实际放电过程,本文从等离子体粒子的角度出发,使用PIC(粒子网格法)法建立局部放电仿真模型,该模型通过二维泊松电场的有限元方程计算电场,并且与蒙特卡罗碰撞电离模型相耦合,解决了气体放电过程中大量带电粒子运动、电离等非线性过程,实现了二维空间单气隙局部放电的动态仿真。本文的结果能清楚的描述放电过程中电子集中在气隙表面上,并使整个气隙中电场畸变而产生流注型放电。为进一步开展局部放电机理研究提供了重要的理论支持。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究局部放电机理目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究概况  10-14
    1.2.1 经典的三电容模型  11-12
    1.2.2 国内外研究现状  12-14
  1.3 论文的主要工作  14-15
第2章局部放电的机理  15-24
  2.1 δ·S值较小时气隙的击穿过程  15-18
  2.2 δ·S值较大时气隙的击穿过程  18-19
  2.3 带电粒子在电场中的行为  19-23
    2.3.1 离子在电场中的迁移运动  19-21
    2.3.2 电子在电场中的运动规律  21-22
    2.3.3 电场中电子的速度分布  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章等离子体的基本原理  24-31
  3.1 等离子体概述  24-25
  3.2 等离子体的分类  25-26
  3.3 等离子体粒子的微观基本过程  26
  3.4 等离子体的基本性质  26-30
    3.4.1 电中性  26-27
    3.4.2 德拜长度  27-28
    3.4.3 等离子体频率  28
    3.4.4 等离子体的判据式  28-29
    3.4.5 粒子温度  29
    3.4.6 等离子体的亚稳能级  29-30
  3.5 本章小结  30-31
第4章等离子体模型的气隙局部放电仿真  31-41
  4.1 表征局部放电的参数  31-34
    4.1.1 视在放电电荷  31-32
    4.1.2 放电重复率  32-33
    4.1.3 局部放电起始电压  33-34
    4.1.4 局部放电熄灭电压  34
  4.2 MATLAB-SIMULINK仿真集成环境  34
  4.3 等离子体局部放电模型的建立  34-37
  4.4 利用SIMULINK搭建气隙局部放电模型  37-38
  4.5 单气隙仿真研究  38-39
  4.6 双气隙仿真研究  39-40
  4.7 本章小结  40-41
第5章气隙局部放电的PIC/MCC仿真研究  41-54
  5.1 PIC法概述  41-42
  5.2 有限元电场计算  42-46
    5.2.1 泛函的确定  43
    5.2.2 离散剖分  43-45
    5.2.3 有限元方程  45-46
  5.3 蒙特卡罗碰撞电离模型  46-50
    5.3.1 理论方法  47-48
    5.3.2 模拟实现  48-50
  5.4 PIC/MCC仿真流程  50-52
  5.5 仿真结果  52-53
  5.6 本章小结  53-54
结论  54-56
参考文献  56-61
致谢  61-62
附录A (攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录)  62-63
附录B (攻读硕士学位期间参加的研究课题)  63

固体绝缘单气隙局部放电行为的模型构建与动态仿真

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