[發明專利]采用逆向有限元技術的復合絕緣結構介電特性分析方法

有效

• 申請號: 202010851905.5
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111983403B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 楊峰;唐超;周渠;桂銀剛;徐苓娜;趙仲勇;胡劍
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R27/26
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.采用逆向有限元技術的復合絕緣結構介電特性分析方法，其特征在于：該方法包含以下步驟：

S1：采用介電響應分析測試儀對高壓電氣設備中包含多介質的復合油紙絕緣結構進行頻域介電譜測量，獲得復合絕緣部分整體的實測頻域介電響應數據；

S2：根據S1中被測設備生廠商提供的設備結構圖及尺寸信息，采用有限元軟件建立該設備的全尺寸有限元仿真模型；

S3：在S2中有限元模型下進行電準靜態場掃頻分析；其中，針對每一種絕緣材料，分別采用修正的Cole-Cole模型構建其介電特性參量，即復介電常數ε^*同頻率之間的關系；修正的Cole-Cole模型將電介質的復介電常數視為偶極子極化、直流電導和跳躍電導三部分的組合作用結果，見式(1)；復介電常數則寫為式(2)；若實測FDS曲線中ε^*頻域譜的虛部在高頻段出現轉折，則絕緣紙部分的偶極子極化過程進一步采用雙弛豫時間極化過程表示，復介電常數見式(3)；根據S1中的實測ε^*曲線在高頻段的轉折情況，從式(2)和式(3)中選擇一種表達式用于計算絕緣紙的復介電常數；

絕緣油的復介電常數采用下述方程(4)描述：

在式(2)-(4)中，ε^*_paper、ε^*_oil分別表示絕緣紙和絕緣油的復介電常數，ω為頻率，j為虛數單位，除此之外的所有符號均表示公式中的待定常數，即介電變量；根據所選擇的絕緣紙復介電常數表達式，即式(2)或式(3)，以及絕緣油復介電常數表達式，即式(4)，將其中的所有待定常數匯總組成待求解目標變量向量x；

S4：采用有限元軟件掃頻分析下的數據后處理功能，依照S1中的實際測量端口建立各部分材料的介電變量x至測量端口介電響應的映射關系；

S5：采用有限元分析軟件同數值計算軟件相結合的方法，建立有限元分析環境和數值計算環境兩者之間的數據交換體系，在數值計算軟件中建立基于S1中實測介電響應及S3中所采用的Cole-Cole模型的多參量非線性最優化模型，構建有限元軟件向數值分析軟件傳送測量端口介電響應的計算值，數值分析軟件控制有限元軟件更新介電變量值的計算體系；

S6：采用遺傳算法GeneticAlgorithm，即GA，同Levenberg-Marquardt算法，即L-M算法，相結合的融合方法GA-LMA通過S5中有限元環境同數值計算環境的數據交換體系，在數值計算軟件中對S5中的多參量非線性最優化模型進行求解，反演得出介電變量向量x₀。

2.根據權利要求1所述的采用逆向有限元技術的復合絕緣結構介電特性分析方法，其特征在于：所述S6之后還包括S7：

采用油紙電容式套管縮比模型進行方法的有效性校驗；按照真實套管的結構構建套管縮比模型，采用S1-S6步驟完成介電響應的測量及各部分絕緣材料介電變量的反演，得出介電變量的計算值x₀。

3.根據權利要求2所述的采用逆向有限元技術的復合絕緣結構介電特性分析方法，其特征在于：所述S7之后還包括S8：

解體S7中的套管縮比模型，對其中的絕緣油及電容芯紙體分別進行取樣，采用寬頻介電響應測試儀對油樣和紙樣分別測量其介電響應，得出油樣和紙樣的實測復介電常數，采用與S3中絕緣紙和絕緣油相同的Cole-Cole模型通過參數辨識擬合得出對應的介電變量x₁，將x₁與計算結果x₀進行對比及差異分析，校驗本方法的有效性。

4.根據權利要求1所述的采用逆向有限元技術的復合絕緣結構介電特性分析方法，其特征在于：所述多介質的復合油紙絕緣結構為油紙-油隙。