[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

本申請涉及輸配電設備絕緣組件領域，尤其涉及一種基于多物理場的GIS/GIL內部絕緣件優化方法，具體包括參數測量；生成模型；熱學計算；電學計算；力學計算；優化目標六個步驟，本發明通過整合力、電、熱三個物理場，通過計算得出函數曲線，進而獲得測試絕緣件的形態，通過對比選擇最優形態的絕緣件投入使用，保證了策略運行得出的絕緣件能夠克服現有技術中絕緣件表面電荷積聚、溫度分布不均勻、氣壓變動帶來的惡劣工作條件，從根本上保證了設計得出的絕緣件的魯棒性。

技術領域

本申請涉及輸配電設備絕緣組件領域，尤其涉及一種基于多物理場的GIS/GIL內部絕緣件優化方法。

背景技術

氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)及氣體絕緣金屬封閉輸電線路(GIL)具有安全性高以及環境友好等諸多特點，目前在世界范圍內雖然已經逐步得到廣泛應用。

然而，由于氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)及氣體絕緣金屬封閉輸電線路(GIL)其主要應用于交流電網中，而在直流輸電系統中GIS/GIL的應用鮮見報道。近幾年，國際上已經有許多制造單位，如三菱、東芝、Siemens以及ABB等電力知名企業，都圍繞直流GIS/GIL相繼開展了研發工作，但均未見正式的商業運營報道。長期工作于高壓直流環境下，其內部的絕緣子存在電場法向分量，導致工作環境下表面會有電荷的積聚；另外，交流GIS/GIL設備中當開關斷開后，母線上也將會有一定幅值的直流電勢存在，這也將使內部絕緣件表面積聚電荷。這種表面電荷的存在將畸變原有電場，導致設備中的內部絕緣件閃絡電壓顯著降低。目前，隨著我國高壓直流輸電工程的快速發展，對直流GIS/GIL設備的需求日益迫切，其內部絕緣件在高壓直流下的表面電荷積聚特性及控制措施的研究已成為各國電力科研人員研究的熱點問題之一。

近年來，針對直流GIS/GIL中內部絕緣件表面電荷積聚問題的研究大部分仍停留在電磁場這一個物理場中。而實際工作狀態下，內部絕緣件面臨著電、熱、力三大物理場的考驗，這三者相互之間還存在著諸多制約關系。因此內部絕緣設計工作面臨著這三者的重重考驗。

發明內容

本申請提供了一種基于多物理場的GIS/GIL內部絕緣件優化方法，整合了力、電、熱三個物理場，保證了設計得出的絕緣件能夠克服表面電荷積聚、溫度分布不均勻、氣壓變動帶來的惡劣工作條件。

有鑒于此，本發明提供了以下的技術方案：一種基于多物理場的GIS/GIL內部絕緣件優化方法，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不同幾何形態或不同材料構成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，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。

進一步地，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。