局部放电是导致电气设备绝缘劣化的一个重要因素,局部放电测量常用于分析高压设备电气绝缘材料的健康状况,评估电气设备的使用寿命。因此,了解局部放电机理对维护电力系统安全具有重要意义。目前针对局部放电的机理研究多以实验为主,主要局限于通过简单的控制实验条件来研究局部放电的发展规律。受局部放电随机性影响以及实验样本数量的限制,实验得到的数据较少,统计规律往往准确度不足,而局部放电的数值仿真可以弥补这些限制。本文提出了一种新的气隙局部放电模型,解决了其他气隙局部放电模型中存在的一些缺陷,考虑了局部放电中实际粒子的反应,以便从物理化学角度对局部放电现象提供更精确的描述。为揭示局部放电在空气气隙中的发展规律,挖掘局部放电的底层物理机制,研究外界参数对放电特性的影响,本文利用数值仿真和理论解析结合的方法对其进行了探究,具体内容如下:(1)根据相关文献的实验数据,基于COMSOL Multiphysics仿真软件搭建了包含实际粒子反应的局部放电等离子体流体模型,通过两种不同方式比较了仿真结果和实验数据,使模型有效性得到了验证。首先,详细描述了气隙中电子的时空演化过程,对气隙中的局部强放电迁移和电流脉冲振荡现象进行了解释。其次,详细分析了离子产生/消失的主要反应途径,以及不同离子对表面电荷积累的贡献,得到了空气局部放电的主要氧化产物-臭氧的生成规律。(2)在上述局部放电模型的基础上,改变外施参数,重点观测了外施电压幅值和电源频率对局部放电活动的影响。首先,对比了外施参数变化时各个放电波形的形态,并分析了各放电波形出现差异的原因。其次,理论推导了主放电峰值相位、气隙电压峰值和气隙电流峰值随外施参数的演化轨迹,通过与仿真结合、对比,证实了该推导公式的指导作用。最后,得到了时空平均电子密度和耗散功率、一定时间内的臭氧和放电量的增量随外施参数的演化规律。(3)改变气隙尺寸,重点观测了气隙厚度和气隙半径对局部放电活动的影响。重新对(2)中的相关电气参量随气隙尺寸的演化轨迹进行了研究。