[發明專利]一種GIS內自由微粒運行軌跡的模擬方法及裝置

在審

• 申請號: 202010762629.5
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN112052618A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 周福升;高超;黃若棟;楊蕓;王國利;黎衛國;楚金偉;劉婉瑩
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司檢修試驗中心
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F119/14
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 麥小嬋;郝傳鑫

1.一種GIS內自由微粒運行軌跡的模擬方法，其特征在于，包括：

計算微粒在起跳前的第一受力數據；其中，所述第一受力數據包括第一庫侖力和重力；

當所述微粒滿足預設的起跳條件時，根據GIS設備參數計算所述微粒在起跳后的第二受力數據；其中，所述第二受力數據包括第二庫侖力、電場梯度力和氣體粘滯力；

根據所述微粒的所述第一受力數據及所述第二受力數據，構建微粒運行軌跡模型，并根據所述微粒運行軌跡模型繪制微粒運行軌跡。

2.如權利要求1所述的GIS內自由微粒運行軌跡的模擬方法，其特征在于，通過如下步驟判斷所述微粒是否滿足所述起跳條件：

判斷施加在GIS上的工頻電壓是否達到預設的電壓閾值；若所述工頻電壓達到所述電壓閾值時，則認為所述微粒滿足所述起跳條件；若所述工頻電壓未達到所述電壓閾值時，則認為所述微粒不滿足所述起跳條件。

3.如權利要求1所述的GIS內自由微粒運行軌跡的模擬方法，其特征在于，所述方法還包括：

預先根據GIS設備參數，由公式(1)獲得電極間電場強度：

其中，E為所述電極間電場強度，U為施加在GIS上的工頻電壓有效值，R₁為GIS外殼內半徑，R₂為GIS母線半徑，x為所述微粒距GIS外殼距離。

4.如權利要求3所述的GIS內自由微粒運行軌跡的模擬方法，其特征在于，所述計算微粒在起跳前的第一受力數據，具體包括：

根據公式(2)得到所述微粒的重力：

其中，G為所述微粒的重力，a為所述微粒的半徑，ρ為微粒材料的密度，g為重力加速度；

預先將所述電極間電場強度中所述微粒距GIS外殼距離設置為x＝0；

根據所述電極間電場強度，由公式(3)得到所述微粒的第一庫侖力：

F_q＝-kqE (3)

其中，F_q為所述第一庫侖力，k為電鏡像力引起的修正系數，q為所述微粒的帶電量。

5.如權利要求4所述的GIS內自由微粒運行軌跡的模擬方法，其特征在于，所述當所述微粒滿足預設的起跳條件時，根據GIS設備參數計算所述微粒在起跳后的第二受力數據，具體包括：

根據所述電極間電場強度，計算所述微粒的第二庫侖力；

根據公式(4)得到所述微粒的電場梯度力：

其中，F_grad為所述電場梯度力，ε₀為真空介電常數，ε_r為相對介電常數，r為所述微粒的半徑；

根據公式(5)得到所述微粒的氣體粘滯力：

其中，F_visc為所述氣體粘滯力，v為所述微粒的運動速度，Re為雷諾數。

6.如權利要求5所述的GIS內自由微粒運行軌跡的模擬方法，其特征在于，所述根據所述微粒的所述第一受力數據及所述第二受力數據，構建微粒運行軌跡模型，具體包括：

根據所述微粒的重力、第二庫侖力、電場梯度力和氣體粘滯力，由公式(6)得到所述微粒運行軌跡模型：

其中，m為所述微粒的質量，x為所述微粒在運動過程中的位置，t為所述微粒的運動時間,F_q′為所述微粒的第二庫侖力。

7.如權利要求1所述的GIS內自由微粒運行軌跡的模擬方法，其特征在于，所述方法還包括：

當檢測到所述微粒在運動過程中與GIS的電極發生碰撞時，重新獲取所述微粒的帶電量；其中，所述GIS的電極為GIS外殼或GIS母線；

根據所述微粒的帶電量，計算所述微粒的第二庫侖力，并重新根據所述微粒的所述第一受力數據及所述第二受力數據，構建微粒運行軌跡模型。