[發明專利]一種確定支柱絕緣子和盤式絕緣子密度分布的仿真方法

有效

• 申請號: 202011132923.4
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112380672B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 梁虎成;杜伯學;李進;王澤華;張程;冉昭玉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

本發明公開了一種確定支柱絕緣子和盤式絕緣子密度分布的仿真方法：分別確定支柱絕緣子和盤式絕緣子的幾何尺寸；對支柱絕緣子和盤式絕緣子分別進行有限元網格剖分：對支柱絕緣子進行一維剖分單元格，對盤式絕緣子進行二維剖分單元格；確定仿真起始條件；分別計算支柱絕緣子和盤式絕緣子時間t時刻的顆粒運動速度；分別計算支柱絕緣子和盤式絕緣子每個單元格的流入和流出；分別計算支柱絕緣子和盤式絕緣子每個單元格的氧化鋁濃度；如果時間達到70分鐘，則停止計算，并依據單元格內氧化鋁的濃度折算出絕緣子密度；否則，將時間增加為t+dt，重復上述步驟。本發明是獲取絕緣子密度分布的經濟有效手段。

技術領域

本發明涉及一種仿真方法，更具體的說，是涉及一種確定支柱絕緣子和盤式絕緣子密度分布的仿真方法。

背景技術

氣體絕緣開關GIS(Gas Insulated Switchgear)憑借其可靠性高和占地面積小的優勢廣泛應用于電力系統中。絕緣子是GIS的重要部件，承擔著支撐導體、隔離氣室和電氣絕緣的功能。工業生產中，GIS絕緣子是由環氧樹脂/氧化鋁復合絕緣材料澆注而成。在固化過程中，氧化鋁顆粒的重力沉降使得絕緣子的密度在重力方向發生變化。絕緣子的各項機械參數和電氣參數，比如彈性模型、機械強度、導熱系數和介電常數等與密度密切相關。確定GIS絕緣子的密度分布有助于我們更準確地掌握絕緣子運行中的機械和電氣狀態，具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種確定支柱絕緣子和盤式絕緣子密度分布的仿真方法，是獲取絕緣子密度分布的經濟有效手段。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明確定支柱絕緣子和盤式絕緣子密度分布的仿真方法，包括以下步驟：

第一步，參數準備：分別確定支柱絕緣子和盤式絕緣子的幾何尺寸；其中支柱絕緣子和盤式絕緣子均由環氧樹脂和氧化鋁混合液澆鑄而成；

第二步，對支柱絕緣子和盤式絕緣子分別進行有限元網格剖分：對支柱絕緣子進行一維剖分單元格，對盤式絕緣子進行二維剖分單元格；

第三步，確定仿真起始條件：氧化鋁顆粒的起始體積分數、不同粒徑氧化鋁顆粒的比例以及環氧樹脂/氧化鋁混合液的起始粘度；

第四步，依據下式(2)分別計算支柱絕緣子和盤式絕緣子時間t時刻的顆粒運動速度；

v＝v₀(1-C)ⁿ (2)

式中，v為氧化鋁在絕緣子固化過程中的干擾沉降速度；v₀是氧化鋁顆粒的自由沉降速度，單位是m/s；C為氧化鋁顆粒的體積分數；n為修正系數；D_f是氧化鋁顆粒的粒徑，單位是m；g是重力加速度；ρ_ep和ρ_f分別是環氧樹脂和氧化鋁的密度，單位是kg/m³；η是環氧樹脂/氧化鋁混合液的粘度，單位是Pa·s；

第五步，依據公式(3)分別計算支柱絕緣子和盤式絕緣子每個單元格的流入和流出，其中對于盤式絕緣子邊界上的單元格應依據公式(4)計算其流入和流出；

式中，F_in[i+1]為單元格i+1的流入；F_out[i]為單元格i的流出；C[i]為單元格i的氧化鋁濃度；dt是時間步長，單位是s；L_ele是單元格尺寸，單位是m；注意，對于最后一個單元格，其流出為0；F_outs[i,k]為邊界單元格[i,k]的流出；C[i,k]為邊界單元格[i,k]的氧化鋁濃度；v_t是氧化鋁顆粒沿著模具邊界切向的運動速度，單位是m/s；