[發(fā)明專利]考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數(shù)值模擬方法

有效

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• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN113962169B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 司文榮;朱炯;姚維強(qiáng);關(guān)宏;傅晨釗;胡海敏;倪鶴立;胡正勇;楊劍
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)上海市電力公司;華東電力試驗研究院有限公司;西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 應(yīng)小波

本發(fā)明涉及一種考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數(shù)值模擬方法，該方法包括：步驟1：根據(jù)已有的GIS實物模型建立其相對應(yīng)的數(shù)值物理模型；步驟2：進(jìn)行電?磁?熱?流多物理場耦合仿真計算，獲得穩(wěn)態(tài)時GIS內(nèi)SF6氣體的溫度分布結(jié)果、壓力分布結(jié)果和流速分布結(jié)果；步驟3：通過弱形式的偏微分方程，將CFD計算網(wǎng)格下的溫度、壓力和流速分布結(jié)果映射至聲場網(wǎng)格；步驟4：根據(jù)參數(shù)設(shè)置時SF6氣體的密度隨溫度和壓力變化的函數(shù)，最終獲得SF6氣體密度、壓力和流速隨空間變化的線性歐拉方程；步驟5：獲得背景流體影響下的聲壓瞬時分布結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有提高GIS內(nèi)擊穿放電超聲波模擬的精度等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及GIS擊穿放電超聲波數(shù)值模擬領(lǐng)域，尤其是涉及一種考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)是電力系統(tǒng)中的一種重要設(shè)備。因為其具有安全性高、占地面積小等特點而被廣泛應(yīng)用于輸變電工程領(lǐng)域。但是GIS為一種全封閉式結(jié)構(gòu)，設(shè)備內(nèi)部如果出現(xiàn)了缺陷，不容易進(jìn)行排查。因此，在GIS設(shè)備投運(yùn)前一般會進(jìn)行耐壓擊穿試驗，通過檢測擊穿放電信號來排除可能存在的缺陷。目前，通過在外殼上布置壓電式超聲傳感器檢測擊穿放電時產(chǎn)生的超聲波信號來定位缺陷位置是一種常用的方式，但是因為超聲波信號在GIS內(nèi)衰減的幅度較大，傳感器通常只能檢測到微弱的信號，若傳感器距離擊穿放電點較遠(yuǎn)甚至無法檢測到放電信號。因此，近年來開始有學(xué)者通過數(shù)值方法來模擬GIS產(chǎn)生放電后，超聲波在GIS內(nèi)的傳播過程以及研究聲波信號在傳播中的衰減特性等，以此來優(yōu)化超聲傳感器的布置位置，提高檢測精度。

目前，通過數(shù)值方法對超聲波傳播過程進(jìn)行仿真的研究在變壓器中較多，GIS中較少。但無論是在變壓器還是GIS中，現(xiàn)有的研究通常都是通過求解聲波的波動方程來模擬超聲波信號的瞬時傳播過程。這種方法假設(shè)背景流體(如變壓器油，SF6絕緣氣體)為一種靜止的均勻介質(zhì)，即沒有考慮背景流體的流動和分布的不均勻性對聲波傳播的影響，忽略了由此造成的聲壓信號的衰減，模擬結(jié)果與實際結(jié)果存在一定的偏差。

因此，急需一種仿真精度更高的考慮背景流體流動和分布不均勻性影響的GIS擊穿放電超聲波數(shù)值模擬的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數(shù)值模擬方法，旨在考慮SF6氣體的流動和分布不均勻性對聲壓計算結(jié)果的影響，提高GIS內(nèi)擊穿放電超聲波模擬的精度，為對超聲波在GIS內(nèi)的傳播仿真提供了一種新的方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數(shù)值模擬方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)已有的GIS實物模型建立其相對應(yīng)的數(shù)值物理模型，考慮實際工況中存在的多物理場影響因素，將SF6氣體物性參數(shù)設(shè)置為隨溫度或壓力變化的函數(shù)，確保電-磁-熱-流多物理場耦合計算結(jié)果的精度；

步驟2：進(jìn)行電-磁-熱-流多物理場耦合仿真計算，獲得穩(wěn)態(tài)時GIS內(nèi)SF6氣體的溫度分布結(jié)果、壓力分布結(jié)果和流速分布結(jié)果；

步驟3：通過弱形式的偏微分方程，將CFD計算網(wǎng)格下的溫度、壓力和流速分布結(jié)果映射至聲場網(wǎng)格；

步驟4：根據(jù)參數(shù)設(shè)置時SF6氣體的密度隨溫度和壓力變化的函數(shù)，最終獲得SF6氣體密度、壓力和流速隨空間變化的線性歐拉方程；

步驟5：通過在聲場網(wǎng)格中求解氣體密度、壓力和流速隨空間變化的線性歐拉方程獲得背景流體影響下的聲壓瞬時分布結(jié)果。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的步驟1中的考慮實際工況中存在的多物理場影響因素，具體包括：實際工況中存在由交流電引起的電磁感應(yīng)，電流集中于導(dǎo)體與殼體表面的集膚效應(yīng)，SF6氣體在重力和溫差作用下的自然對流，導(dǎo)體與殼體之間存在的輻射換熱。