[發明專利]一種基于多物理場的GIS/GIL內部絕緣件優化方法

有效

• 申請號: 201810102064.0
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108319781B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 何金良;張波;林川杰;李傳揚;胡軍;李琦
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

1.一種基于多物理場的GIS/GIL內部絕緣件優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：參數測量；測量得到所用絕緣材料及絕緣氣體的電導率隨溫度變化的關系曲線，構建對應的函數關系；測量在不同溫度下所用絕緣材料及絕緣氣體的泊松比、楊氏模量和密度，構建泊松比、楊氏模量和密度隨溫度變化的關系曲線，形成對應的函數關系；

步驟二：生成模型；由遺傳算法或實際生產經驗得到多個幾何形態或不同材料摻雜的內部絕緣件模型；

步驟三：熱學計算；分別針對上述步驟中的多個幾何形態或不同材料摻雜的內部絕緣件進行熱學計算，得到上述內部絕緣件模型各處的溫度分布；

步驟四：電學計算；根據上述溫度分布計算得出絕緣材料及絕緣氣體各處的電導率，進行電學計算，得出當表面電荷積聚量達到最大值之后，計算表面切向電場的最大值；

步驟五：力學計算；根據溫度分布計算得出絕緣材料及絕緣氣體各處的泊松比、楊氏模量、密度，進行力學計算，得出絕緣件表面最大應力值；

步驟六：優化目標；篩選上述內部絕緣件模型中滿足最大應力值低于應許值的絕緣件模型，進一步篩選滿足條件的絕緣件中表面切向電場最大值最小的模型作為最終優化結果；

所述步驟四計算過程如下：

電學方面，采樣靜電場的設定，域內方程如下：

其中為電位移矢量，ρ_v為體電荷密度，為電場強度，V為電勢值；邊界條件為狄利克雷邊界：

低壓側，接地:V＝0

高壓側：V＝U_set

為了將GIL/GIS中的絕緣件的表面電荷積聚現象考慮進入計算過程，在絕緣件表面上添加電荷積聚的邊界條件：

其中ρ_s為表面電荷密度，γ_bulk、γ_surface與γ_gas分別為絕緣件的體積電導、表面電導以及六氟化硫氣體的等效電導，E_1n、E_2n、E_t分別為表面附近絕緣側的法向電場強度、表面附近六氟化硫氣體側的法向電場強度和切向電場強度，分別為界面兩側的電位移強度；電場與熱場存在耦合，體積電導γ_bulk、表面電導γ_surface與溫度T的函數關系如下：

γ_gas＝f(T)

其中γ_bulk與溫度倒數的關系呈指數關系，γ_gas與溫度T呈現函數關系；在完成與溫度場耦合之后，設定的電場優化目標為：當表面電荷積聚達到最大值到動態平衡之后，使得表面切向電場的最大值低于一個固定標準。

2.根據權利要求1所述的一種基于多物理場的GIS/GIL內部絕緣件優化方法，其特征在于：所述步驟一中的所用絕緣材料及絕緣氣體的電導率隨溫度變化的關系曲線由電導測量平臺實際測量得到；所述不同溫度下所用絕緣材料及絕緣氣體的泊松比、楊氏模量和密度由楊氏模量測定儀實際測量。

3.根據權利要求1所述的一種基于多物理場的GIS/GIL內部絕緣件優化方法，其特征在于：上述步驟四中當表面電荷積聚量達到最大值之后，計算表面切向電場的最大值中，所述表面電荷積聚量達到最大值的判斷標準是：當表面電荷積聚達到動態平衡的時候，此時表面電荷積聚量則定為最大值。

4.根據權利要求1所述的一種基于多物理場的GIS/GIL內部絕緣件優化方法，其特征在于：所述步驟六中的應許值為所用絕緣材料的剪切強度或拉伸強度。