一种电力开关设备的电弧辐射能量计算方法、装置和设备与流程

1.本技术涉及高压断路器电弧技术领域，尤其涉及一种电力开关设备的电弧辐射能量计算方法、装置和设备。


背景技术：

2.高压断路器是电力系统中的关键设备，担负着控制电力系统运行方式及故障保护的重要任务。当电力系统中发生短路等故障时，为保证电力系统其他部分的稳定运行，需要高压断路器迅速切除故障线路。在此过程中，高压断路器的弧触头间会产生电弧，电弧能否顺利及时地熄灭与高压断路器的正常工作以及电力系统的可靠运行息息相关。
3.电弧仿真对于高压断路器开断特性的研究具有十分重要的作用，因此非常有必要建立准确的电弧模型。电弧的能量来源于电流通过电弧时产生的焦耳热，电弧的能量耗散则主要有三个方式，分别为传导、对流和辐射。相比于传导和对流，在大电流高压气体断路器中电弧最高温度可达数万开尔文，辐射能量耗散机制占主导地位，因此建立电弧辐射模型对于整个电弧开断过程的仿真计算至关重要。电弧中辐射输运过程实质上是光子的输运，可用辐射输运方程描述：式中，iv为光谱辐射强度，kv为光谱吸收系数，s为辐射传播方向，bv为普朗克常数。
4.可以通过求解辐射输运方程可以得到电弧的辐射特性，然而在实际运用中存在以下两个问题：一是由于辐射对空间和光谱的依赖性，使得严谨的辐射传递方程的计算很困难；二是在辐射输运方程求解过程中需要考虑各种原子、分子辐射机制及过程，过于复杂。因此通过求解辐射输运方程的准确计算辐射将会消耗大量的时间，对于工业应用来说往往不必要。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种电力开关设备的电弧辐射能量计算方法、装置和设备，用于解决现有断路器因其辐射对空间和光谱的依赖性，采用现有辐射输运方程计算电弧得到的结果不准确的技术问题。
6.为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：
7.一方面，提供了一种电力开关设备的电弧辐射能量计算方法，包括以下步骤：
8.获取电力开关设备的结构、电弧半径、初始温度和初始压力，根据电力开关设备的结构基于二维磁流体动力学基本方程构建二维轴对称几何的二维电弧仿真模型；
9.根据所述初始温度和所述初始压力在所述二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据；
10.根据所述电弧半径和所述温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量。
11.优选地，根据所述电弧半径和所述温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量包括：根据所述电弧半径和所述温度
数据采用电弧辐射能量计算公式计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量；所述电弧辐射能量计算公式为：
[0012][0013]
u＝u0(t)k
[0014]
式中，t为温度数据，k为折合压力系数，β为电力开关设备的斯特番-玻尔兹曼常数，u0(t)为电弧核心区域的第一辐射能量，u为电弧边缘区域的第二辐射能量，r为电力开关设备的电弧半径。
[0015]
优选地，所述折合压力系数是由电力开关设备处于电弧边缘区域位置的实际压力和电力开关设备处于电弧核心区域位置的压力计算得到的，且所述折合压力系数不大于1。
[0016]
优选地，根据所述初始温度和所述初始压力在所述二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据包括：
[0017]
将所述初始温度和所述初始压力输入所述二维电弧仿真模型中进行计算，得到电力开关设备的第一压力和与所述第一压力对应的焓值；
[0018]
根据所述二维电弧仿真模型中温度与焓h之间关系式反推，得到一次迭代后的温度，以此类推直至相邻两次迭代计算温度差值满足迭代约束条件，将最后一次迭代计算得到的温度作为满足迭代约束条件的温度数据；
[0019]
其中，所述迭代约束条件为温度差值小于阈值数据，所述温度与焓h之间关系式为：
[0020][0021]
式中，c
p
为温度与焓h之间关系系数，h为与第一压力对应的焓值，p为二维电弧仿真模型中迭代计算的压力，t为温度数据。
[0022]
优选地，所述电力开关设备为压气式高压断路器或自能式高压断路器。
[0023]
另一方面，提供了一种电力开关设备的电弧辐射能量计算装置，包括模型构建模块、迭代计算模块和能量计算模块；
[0024]
所述模型构建模块，用于获取电力开关设备的结构、电弧半径、初始温度和初始压力，根据电力开关设备的结构基于二维磁流体动力学基本方程构建二维轴对称几何的二维电弧仿真模型；
[0025]
所述迭代计算模块，用于根据所述初始温度和所述初始压力在所述二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据；
[0026]
所述能量计算模块，用于根据所述电弧半径和所述温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量。
[0027]
优选地，所述能量计算模块根据所述电弧半径和所述温度数据采用电弧辐射能量计算公式计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量；所述电弧辐射能量计算公式为：
[0028][0029]
u＝u0(t)k
[0030]
式中，t为温度数据，k为折合压力系数，β为电力开关设备的斯特番-玻尔兹曼常数，u0(t)为电弧核心区域的第一辐射能量，u为电弧边缘区域的第二辐射能量，r为电力开关设备的电弧半径。
[0031]
优选地，所述折合压力系数是由电力开关设备处于电弧边缘区域位置的实际压力和电力开关设备处于电弧核心区域位置的压力计算得到的，且所述折合压力系数不大于1。
[0032]
优选地，所述迭代计算模块包括焓值确定子模块和温度数据确定子模块；
[0033]
所述焓值确定子模块，用于将所述初始温度和所述初始压力输入所述二维电弧仿真模型中进行计算，得到电力开关设备的第一压力和与所述第一压力对应的焓值；
[0034]
所述温度数据确定子模块，用于根据所述二维电弧仿真模型中温度与焓h之间关系式反推，得到一次迭代后的温度，以此类推直至相邻两次迭代计算温度差值满足迭代约束条件，将最后一次迭代计算得到的温度作为满足迭代约束条件的温度数据；
[0035]
其中，所述迭代约束条件为温度差值小于阈值数据，所述温度与焓h之间关系式为：
[0036][0037]
式中，c
p
为温度与焓h之间关系系数，h为与第一压力对应的焓值，p为二维电弧仿真模型中迭代计算的压力，t为温度数据。
[0038]
再一方面，提供了一种终端设备，包括处理器以及存储器；
[0039]
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
[0040]
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法。
[0041]
从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：该电力开关设备的电弧辐射能量计算方法、装置和设备，该方法包括获取电力开关设备的结构、电弧半径、初始温度和初始压力，根据电力开关设备的结构基于二维磁流体动力学基本方程构建二维轴对称几何的二维电弧仿真模型；根据初始温度和初始压力在二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据；根据电弧半径和温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量。该电力开关设备的电弧辐射能量计算方法通过根据二维磁流体动力学基本方程构建电力开关设备的二维电弧仿真模型，在二维电弧仿真模型中根据电力开关设备的初始温度和初始压力进行迭代计算得到满足迭代约束条件的温度数据，根据温度数据和电力开关设备的电弧半径计算电力开关设备电弧辐射能量，分别考虑电弧不同区域的辐射计算，使得计算的辐射能量结果准确度高且在物理机制上具有合理性，避免了现有求解辐射输运方程，大大减少了辐射计算的时间，提高了计算效率，更适合电力工业领域电弧的仿真计算。解决了现有断路器因其辐射对空间和光谱的依赖性，采用现有辐射输运方程计算电弧得到的结果不准确的技术问题。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可
以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]
图1为本技术实施例所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法的步骤流程图；
[0044]
图2为本技术实施例所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法中电力开关设备的电弧形态示意图；
[0045]
图3为本技术实施例所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法中电力开关设备的电弧能量分布示意图；
[0046]
图4为本技术实施例所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法中二维电弧仿真模型进行仿真的燃弧某时刻电弧温度压力轴向分布曲线图；
[0047]
图5为本技术实施例所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算装置的框架流程图。
具体实施方式
[0048]
为使得本技术的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0049]
在本技术实施例的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0050]
在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
[0051]
本技术实施例提供了一种电力开关设备的电弧辐射能量计算方法、装置和设备，用于解决了现有断路器因其辐射对空间和光谱的依赖性，采用现有辐射输运方程计算电弧得到的结果不准确的技术问题。该电力开关设备的电弧辐射能量计算方法、装置和设备应用于压气式高压断路器、自能式高压断路器等电力开关设备上。
[0052]
实施例一：
[0053]
图1为本技术实施例所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法的步骤流程图，图2为本技术实施例所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法中电力开关设备的电弧形态示意图，图3为本技术实施例所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法中电力开关设备的电弧能量分布示意图。
[0054]
如图1和图2所示，本技术实施例提供了一种电力开关设备的电弧辐射能量计算方法，包括以下步骤：
[0055]
s1.获取电力开关设备的结构、电弧半径、初始温度和初始压力，根据电力开关设
备的结构基于二维磁流体动力学基本方程构建二维轴对称几何的二维电弧仿真模型。
[0056]
需要说明的是，电力开关设备可以选为压气式高压断路器，也可以选为自能式高压断路器。在步骤s1中，一是获取电力开关设备的参数，参数包括电力开关设备的结构和电弧半径、初始温度、初始压力等数据；二是根据电力开关设备的结构和二维磁流体动力学基本方程基础上构建二维轴对称几何的二维电弧仿真模型。在本实施例中，该电力开关设备的电弧辐射能量计算方法根据电力开关设备可以采用gambit软件完成二维电弧仿真模型的建立。其中，gambit软件是为了帮助分析者和设计者建立并网格化计算流体力学(cfd)模型和其他科学应用而设计的一个软件包。在构建的二维电弧仿真模型中，仿真在50hz下的幅值为31.5ka交流电流工况下电力开关设备的电弧燃弧过程，其电弧形态如图2所示。
[0057]
在本技术实施例中，若电力开关设备的电弧为轴对称电弧，且轴向辐射过程忽略不计，仅考虑沿径向(半径方向)的电弧辐射，考虑将电弧辐射过程分为两部分，如图3所示，第一部分是电弧核心区域，靠近弧芯的区域，该电弧核心区域内温度较高，可假设电弧为近似黑体状态。第二部分是电弧边缘区域，此电弧边缘区域辐射作用较弱，不能使用黑体辐射定律计算，考虑电弧边缘存在较大的温度梯度与压力梯度。
[0058]
图4为本技术实施例所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法中二维电弧仿真模型进行仿真的燃弧某时刻电弧温度压力轴向分布曲线图。
[0059]
在本技术实施例中，基于构建的二维电弧仿真模型，在给定电力开关设备的几何模型结构下，给出初始温度和初始压力作为二维电弧仿真模型的输入参量，仿真得到电力开关设备刚起弧时的第一电弧温度和第一压力的轴向分布，如图4所示。此时电弧辐射根据起弧时第一电弧温度和第一压力进行计算。二维磁流体动力学基本方程的内容包括：
[0060]
质量守恒方程为：
[0061][0062]
轴向动量守恒方程为：
[0063][0064]
径向动量守恒方程为：
[0065][0066]
能量守恒方程为：
[0067][0068]
电磁场方程为：
[0069][0070][0071]
式中，z为轴向，r为径向，θ为角向，t为时间/s，ρ为密度/kg
·
m-3
，为速度矢量，v为径向速度/m
·
s-1
，ω为轴向速度/m
·
s-1
，μ
l
为层流粘度/kg
·
m-1
·
s-1
，μ
t
为湍流粘度/kg
·
m-1
·
s-1
，k
l
为层流热导率/w
·
m-1
·
k-1
，k
t
为湍流热导率/w
·
m-1
·
k-1
，u为辐射能量/j
·
m-3
，h为焓值/j
·
kg-1
，c
p
为定压比热/j
·
kg-1
·
k-1
，p为气压/pa，σ为电导率/s
·
m-1
，φ为电势/v，b
θ
为磁感应强度角向分量/t
·
m-1
，jz为轴向电流密度/a
·
m-2
，jr为径向电流密度a
·
m-2
，μ0为真空磁导率/h
·
m-1
，为粘性项，为粘性扩散项，ma为烧蚀速率/kg
·
s-1
，va为烧蚀蒸气入射速度/m
·
s-1
，ha为烧蚀蒸气焓值/j
·
kg-1
。
[0072]
s2.根据初始温度和初始压力在二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据。
[0073]
需要说明的是，在步骤s2中是根据步骤s1构建的二维电弧仿真模型以及获取的初始温度和初始压力进行迭代计算，得到满足迭代约束条件计算的温度数据。
[0074]
在本技术实施例中，根据初始温度和初始压力在二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据包括：
[0075]
将初始温度和初始压力输入二维电弧仿真模型中进行计算，得到电力开关设备的第一压力和与第一压力对应的焓值；
[0076]
根据二维电弧仿真模型中温度与焓h之间关系式反推，得到一次迭代后的温度，以此类推直至相邻两次迭代计算温度差值满足迭代约束条件，将最后一次迭代计算得到的温度作为满足迭代约束条件的温度数据；
[0077]
其中，迭代约束条件为温度差值小于阈值数据，温度与焓h之间关系式为：
[0078][0079]
式中，c
p
为温度与焓h之间关系系数，h为与第一压力对应的焓值，p为二维电弧仿真模型中迭代计算的压力，t为温度数据。
[0080]
需要说明的是，阈值数据可以为1e-6
，根据每次迭代后的温度差值进行判断，温度差值主要是当前计算的温度和前一次迭代计算温度的差异。可以根据初始压力基于动量守恒方程进行迭代，得到迭代一次后的压力。对于温度来说，先通过温度与焓h之间关系式建立温度与焓h之间的关系，迭代一次得到新的焓值(迭代依赖于左边的控制方程)，根据焓值再反推得到迭代后的温度。在本实施例中，阈值数据可以根据需求设置。
[0081]
s3.根据电弧半径和温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量。
[0082]
需要说明的是，在步骤s3是根据步骤s2计算得到的温度数据以及步骤s1获得的电弧半径计算电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量，计算得到的第一辐射能量和第二辐射能量是电弧辐射过程的电弧仿真计算结果。该电力开关设备的电弧辐射能量计算方法计算速度快，整个实施例通过计算机软件计算仅需30min。
[0083]
本技术提供的一种电力开关设备的电弧辐射能量计算方法，该方法包括获取电力开关设备的结构、电弧半径、初始温度和初始压力，根据电力开关设备的结构基于二维磁流体动力学基本方程构建二维轴对称几何的二维电弧仿真模型；根据初始温度和初始压力在二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据；根据电弧半径和温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量。该电力开关设备的电弧辐射能量计算方法通过根据二维磁流体动力学基本方程构建电力开关设备的二维电弧仿真模型，在二维电弧仿真模型中根据电力开关设备的初始
温度和初始压力进行迭代计算得到满足迭代约束条件的温度数据，根据温度数据和电力开关设备的电弧半径计算电力开关设备电弧辐射能量，分别考虑电弧不同区域的辐射计算，使得计算的辐射能量结果准确度高且在物理机制上具有合理性，避免了现有求解辐射输运方程，大大减少了辐射计算的时间，提高了计算效率，更适合电力工业领域电弧的仿真计算。解决了现有断路器因其辐射对空间和光谱的依赖性，采用现有辐射输运方程计算电弧得到的结果不准确的技术问题。
[0084]
在本技术的一个实施例中，根据电弧半径和温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量包括：根据电弧半径和温度数据采用电弧辐射能量计算公式计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量；电弧辐射能量计算公式为：
[0085][0086]
u＝u0(t)k
[0087]
式中，t为温度数据，k为折合压力系数，β为电力开关设备的斯特番-玻尔兹曼常数，u0(t)为电弧核心区域的第一辐射能量，u为电弧边缘区域的第二辐射能量，r为电力开关设备的电弧半径。
[0088]
需要说明的是，电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量采用斯特藩-玻尔兹曼定律计算，即认为电弧核心区域的电弧表面单位面积辐射出的总功率与本身的热力学温度t的四次方成正比。电力开关设备中电弧边缘区域的辐射可认为与折合压力系数成正比。
[0089]
在本技术实施例中，折合压力系数是由电力开关设备处于电弧边缘区域位置的实际压力和电力开关设备处于电弧核心区域位置的压力计算得到的，且折合压力系数不大于1。
[0090]
需要说明的是，电弧边缘区域的温度较低，因此电弧边缘区域的压力比电弧核心区域的压力低，折合压力系数小于等于1。由于电力开关设备内的压力可以反映电弧质量密度，而辐射过程又与密度紧密相关，因此可通过电弧辐射能量计算公式来近似模拟电弧边缘区域较弱的辐射过程。
[0091]
实施例二：
[0092]
图5为本技术实施例所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算装置的框架流程图。
[0093]
如图5所示，本技术实施例提供了一种电力开关设备的电弧辐射能量计算装置，包括模型构建模块10、迭代计算模块20和能量计算模块30；
[0094]
模型构建模块10，用于获取电力开关设备的结构、电弧半径、初始温度和初始压力，根据电力开关设备的结构基于二维磁流体动力学基本方程构建二维轴对称几何的二维电弧仿真模型；
[0095]
迭代计算模块20，用于根据初始温度和初始压力在二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据；
[0096]
能量计算模块30，用于根据电弧半径和温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量。
[0097]
在本技术实施例中，能量计算模块30根据电弧半径和温度数据采用电弧辐射能量计算公式计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量；电弧辐射能量计算公式为：
[0098][0099]
u＝u0(t)k
[0100]
式中，t为温度数据，k为折合压力系数，β为电力开关设备的斯特番-玻尔兹曼常数，u0(t)为电弧核心区域的第一辐射能量，u为电弧边缘区域的第二辐射能量，r为电力开关设备的电弧半径。
[0101]
在本技术实施例中，折合压力系数是由电力开关设备处于电弧边缘区域位置的实际压力和电力开关设备处于电弧核心区域位置的压力计算得到的，且折合压力系数不大于1。
[0102]
在本技术实施例中，迭代计算模块20包括：焓值确定子模块和温度数据确定子模块；
[0103]
焓值确定子模块，用于将初始温度和初始压力输入二维电弧仿真模型中进行计算，得到电力开关设备的第一压力和与第一压力对应的焓值；
[0104]
温度数据确定子模块，用于根据二维电弧仿真模型中温度与焓h之间关系式反推，得到一次迭代后的温度，以此类推直至相邻两次迭代计算温度差值满足迭代约束条件，将最后一次迭代计算得到的温度作为满足迭代约束条件的温度数据；
[0105]
其中，迭代约束条件为温度差值小于阈值数据，温度与焓h之间关系式为：
[0106][0107]
式中，c
p
为温度与焓h之间关系系数，h为与第一压力对应的焓值，p为二维电弧仿真模型中迭代计算的压力，t为温度数据。
[0108]
需要说明的是，该电力开关设备的电弧辐射能量计算装置中模块的内容对应于实施例一方法中的步骤的内容，实施例一方法的步骤内容已在实施例一中阐述，在此实施例不再对实施例二设备的模块内容重复阐述。
[0109]
实施例三：
[0110]
本技术实施例提供了一种终端设备，包括处理器以及存储器；
[0111]
存储器，用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
[0112]
处理器，用于根据程序代码中的指令执行上述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法。
[0113]
需要说明的是，处理器用于根据所程序代码中的指令执行上述的一种电力开关设备的电弧辐射能量计算方法实施例中的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现上述各系统/装置实施例中各模块/单元的功能。
[0114]
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本技术。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。
[0115]
终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0116]
所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0117]
存储器可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时的存储已经输出或者将要输出的数据。
[0118]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0119]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
[0120]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0121]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0122]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0123]
以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种电力开关设备的电弧辐射能量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取电力开关设备的结构、电弧半径、初始温度和初始压力，根据电力开关设备的结构基于二维磁流体动力学基本方程构建二维轴对称几何的二维电弧仿真模型；根据所述初始温度和所述初始压力在所述二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据；根据所述电弧半径和所述温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量。2.根据权利要求1所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法，其特征在于，根据所述电弧半径和所述温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量包括：根据所述电弧半径和所述温度数据采用电弧辐射能量计算公式计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量；所述电弧辐射能量计算公式为：u＝u0(t)k式中，t为温度数据，k为折合压力系数，β为电力开关设备的斯特番-玻尔兹曼常数，u0(t)为电弧核心区域的第一辐射能量，u为电弧边缘区域的第二辐射能量，r为电力开关设备的电弧半径。3.根据权利要求2所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法，其特征在于，所述折合压力系数是由电力开关设备处于电弧边缘区域位置的实际压力和电力开关设备处于电弧核心区域位置的压力计算得到的，且所述折合压力系数不大于1。4.根据权利要求1所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法，其特征在于，根据所述初始温度和所述初始压力在所述二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据包括：将所述初始温度和所述初始压力输入所述二维电弧仿真模型中进行计算，得到电力开关设备的第一压力和与所述第一压力对应的焓值；根据所述二维电弧仿真模型中温度与焓h之间关系式反推，得到一次迭代后的温度，以此类推直至相邻两次迭代计算温度差值满足迭代约束条件，将最后一次迭代计算得到的温度作为满足迭代约束条件的温度数据；其中，所述迭代约束条件为温度差值小于阈值数据，所述温度与焓h之间关系式为：式中，c
p
为温度与焓h之间关系系数，h为与第一压力对应的焓值，p为二维电弧仿真模型中迭代计算的压力，t为温度数据。5.根据权利要求1所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法，其特征在于，所述电力开关设备为压气式高压断路器或自能式高压断路器。6.一种电力开关设备的电弧辐射能量计算装置，其特征在于，包括模型构建模块、迭代计算模块和能量计算模块；所述模型构建模块，用于获取电力开关设备的结构、电弧半径、初始温度和初始压力，
根据电力开关设备的结构基于二维磁流体动力学基本方程构建二维轴对称几何的二维电弧仿真模型；所述迭代计算模块，用于根据所述初始温度和所述初始压力在所述二维电弧仿真模型中进行迭代计算，得到满足迭代约束条件的温度数据；所述能量计算模块，用于根据所述电弧半径和所述温度数据计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量。7.根据权利要求6所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算装置，其特征在于，所述能量计算模块根据所述电弧半径和所述温度数据采用电弧辐射能量计算公式计算，得到电力开关设备中电弧核心区域的第一辐射能量和电弧边缘区域的第二辐射能量；所述电弧辐射能量计算公式为：u＝u0(t)k式中，t为温度数据，k为折合压力系数，β为电力开关设备的斯特番-玻尔兹曼常数，u0(t)为电弧核心区域的第一辐射能量，u为电弧边缘区域的第二辐射能量，r为电力开关设备的电弧半径。8.根据权利要求7所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算装置，其特征在于，所述折合压力系数是由电力开关设备处于电弧边缘区域位置的实际压力和电力开关设备处于电弧核心区域位置的压力计算得到的，且所述折合压力系数不大于1。9.根据权利要求6所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算装置，其特征在于，所述迭代计算模块包括：焓值确定子模块和温度数据确定子模块；所述焓值确定子模块，用于将所述初始温度和所述初始压力输入所述二维电弧仿真模型中进行计算，得到电力开关设备的第一压力和与所述第一压力对应的焓值；所述温度数据确定子模块，用于根据所述二维电弧仿真模型中温度与焓h之间关系式反推，得到一次迭代后的温度，以此类推直至相邻两次迭代计算温度差值满足迭代约束条件，将最后一次迭代计算得到的温度作为满足迭代约束条件的温度数据；其中，所述迭代约束条件为温度差值小于阈值数据，所述温度与焓h之间关系式为：式中，c
p
为温度与焓h之间关系系数，h为与第一压力对应的焓值，p为二维电弧仿真模型中迭代计算的压力，t为温度数据。10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1-5任意一项所述的电力开关设备的电弧辐射能量计算方法。

技术总结
本申请涉及一种电力开关设备的电弧辐射能量计算方法、装置和设备，该方法通过根据二维磁流体动力学基本方程构建电力开关设备的二维电弧仿真模型，在二维电弧仿真模型中根据电力开关设备的初始温度和初始压力进行迭代计算得到满足迭代约束条件的温度数据，根据温度数据和电力开关设备的电弧半径计算电力开关设备电弧辐射能量，分别考虑电弧不同区域的辐射计算，使得计算的辐射能量结果准确度高且在物理机制上具有合理性，避免了现有求解辐射输运方程，大大减少了辐射计算的时间，提高了计算效率，更适合电力工业领域电弧的仿真计算。解决了现有断路器因其辐射对空间和光谱的依赖性，采用现有辐射输运方程计算电弧得到的结果不准确的技术问题。结果不准确的技术问题。结果不准确的技术问题。


技术研发人员：王国利 高超 周福升 郑尧 黄若栋 熊佳明 杨芸 贾磊 陈喜鹏
受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/21