[發明專利]基于Isight軟件的電網支柱瓷絕緣子材料匹配優化方法

在審

• 申請號: 202011262016.1
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112395792A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 趙洲峰;郭鋒;趙崢;徐華;魯曠達;周陽洋;戴鵬飛;付軍;王學智
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/04;G06F113/04;G06F119/14
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

本發明公開了一種基于Isight軟件的電網支柱瓷絕緣子材料匹配優化方法。本發明基于熱?結構耦合數學模型建立支柱瓷絕緣子有限元數值仿真模型，計算分析靜力載荷作用下瓷柱的最大主應力分布情況；基于Isight優化平臺，以瓷柱最大主應力S1為優化目標，對三相材料(瓷柱、金屬附件與水泥)參數(彈性模量、泊松比與溫度線膨脹系數)匹配進行了優化，得出優化后的材料匹配參數。本發明的方法可使瓷柱最大主應力S1下降了40％左右，實現材料匹配優化的目的。

技術領域

本發明涉及電網支柱瓷絕緣子領域，具體地說是一種基于Isight軟件的電網支柱瓷絕緣子材料匹配優化方法。

背景技術

電網高壓支柱瓷絕緣子作為高壓隔離開關的重要組成部分，起著電氣絕緣和機械支撐的作用。當在高電壓工況、觸指/觸頭長期開合以及惡劣環境等因素綜合作用下，支柱瓷絕緣子的性能將顯著下降，加之瓷絕緣子本身可能存在著質量問題，因此很容易發生斷裂事故，尤其以支柱瓷絕緣子法蘭斷裂故障最多。

現有研究認為支柱瓷絕緣子斷裂的內因是瓷絕緣子本身存在缺陷，外因是運行中的支柱瓷絕緣子所受彎曲應力過大和外界惡劣環境。目前國內外對高壓支柱瓷絕緣子的研究以電學性能居多，至于其力學特性，通常關注水平拉力或風力作用下瓷絕緣子的彎曲強度，且分析時常引用經驗值，對結構參數的影響分析不夠深入。

通常支柱瓷絕緣子法蘭由陶瓷、金屬附件和水泥組成，因此可視為廣義的復合材料與結構，其多相材料之間的參數匹配性能、特別是陶瓷材料的微細觀特性，對宏觀斷裂性能的影響值得深入分析。雖然在膠裝電瓷產品結構中，瓷件性能是產品機械、電氣性能的最關鍵因素，是先決條件，但大量的實踐經驗和無數試驗研究結果告訴我們，沒有膠裝技術和附件及材料參數的適當配合，使產品結構合理協調，瓷件的良好特性就很難在產品中充分體現和保持。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足，本發明提供一種基于Isight軟件的電網支柱瓷絕緣子材料匹配優化方法，其可以獲得支柱瓷絕緣子三相材料的最優匹配參數，以降低瓷柱的最大主應力，并以此改善支柱瓷絕緣子的承載性能。

為此，本發明采用的技術方案如下：基于Isight軟件的電網支柱瓷絕緣子材料匹配優化方法，其包括：

步驟1)，基于熱-結構耦合數學模型，利用ABAQUS有限元軟件建立支柱瓷絕緣子熱-結構耦合有限元數值仿真模型，計及熱-結構耦合場的支柱瓷絕緣子控制方程表達式為：

式中：x、y、z為位置坐標，u、v、ω為物體內一點沿三個坐標方向的位移量，X、Y、Z分別表示三個坐標軸方向的單位體積內體積力，T表示溫度，λ表示材料的Lame常數，G、E和μ分別表示剪切模量及彈性模量和泊松比大小，θ為體積應變，β表示體積應力，α表示材料熱膨脹系數值；

步驟2)，基于Isight軟件集成ABAQUS組件，搭建支柱瓷絕緣子聯合仿真平臺；

步驟3)，基于Isight軟件集成DOE組件，進行DOE試驗設計，確定支柱瓷絕緣子的優化參數、優化目標以及優化約束條件；

步驟4)，基于Isight軟件集成Optimization組件；

步驟5)，聯合仿真平臺搭建和優化算法(Isight提供多種優化算法，可針對具體問題自行選擇)設計就緒后，完成對聯合仿真平臺運行和設計結果優化的操作，獲得支柱瓷絕緣子三相材料參數匹配最優的材料參數。