[發(fā)明專利]一種降低GIS擊穿放電超聲傳播數(shù)值仿真計(jì)算量的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210183803.X
• 申請(qǐng)日: 2022-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN114564828A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 司文榮;傅晨釗;胡正勇;倪鶴立
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司;華東電力試驗(yàn)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 應(yīng)小波

本發(fā)明涉及一種降低GIS擊穿放電超聲傳播數(shù)值仿真計(jì)算量的方法，該方法包括：S101，根據(jù)已有的GIS實(shí)物模型建立其相對(duì)應(yīng)的數(shù)值物理模型，對(duì)模型進(jìn)行電磁熱多物理場(chǎng)耦合求解，獲得此求解模型下的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)；S102，分別進(jìn)行耦合電磁熱溫度分布的聲場(chǎng)計(jì)算和背景流溫度為平均溫度的聲場(chǎng)計(jì)算；S103，根據(jù)S102的結(jié)果確定聲場(chǎng)計(jì)算時(shí)是否需要直接耦合電磁熱溫度分布結(jié)果；S104，在背景流溫度相同的情況下，分別進(jìn)行耦合電磁熱速度分布的聲場(chǎng)計(jì)算和背景流靜止的聲場(chǎng)計(jì)算；S105，將S104中的兩組聲壓結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確定聲場(chǎng)計(jì)算時(shí)是否需要直接耦合電磁熱速度分布結(jié)果；S106，根據(jù)S103和S105的對(duì)比結(jié)果確定最終簡(jiǎn)化方案。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有節(jié)省了計(jì)算資源等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及GIS擊穿放電超聲傳播數(shù)值仿真領(lǐng)域，尤其是涉及一種降低GIS擊穿放電超聲傳播數(shù)值仿真計(jì)算量的方法。

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?yàn)槠渚哂邪踩愿摺⒄嫉孛娣e小等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于輸變電工程領(lǐng)域。但同時(shí)，GIS采用全封閉式結(jié)構(gòu)，設(shè)備內(nèi)部即使發(fā)生了SF6擊穿放電等絕緣缺陷，檢測(cè)工人也難以判斷缺陷位置，甚至無(wú)法檢測(cè)到缺陷的發(fā)生，故無(wú)法及時(shí)進(jìn)行檢修。目前的放電檢測(cè)手段主要是利用放電過(guò)程中產(chǎn)生的光、電、聲和化學(xué)物質(zhì)來(lái)進(jìn)行判斷，超聲檢測(cè)法就是通過(guò)傳感器檢測(cè)擊穿放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)來(lái)定位缺陷的位置。但因?yàn)槌暡ㄐ盘?hào)在GIS內(nèi)衰減的幅度較大，尤其在氣固交界處還會(huì)發(fā)生反射與折射，布置在外殼上的傳感器通常只能檢測(cè)到微弱的信號(hào)，若傳感器距離擊穿放電點(diǎn)較遠(yuǎn)甚至無(wú)法檢測(cè)到放電信號(hào)。因此近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有學(xué)者通過(guò)數(shù)值方法來(lái)模擬超聲波在GIS內(nèi)的傳播過(guò)程以及研究聲波信號(hào)在傳播中的衰減特性等，以此來(lái)優(yōu)化超聲傳感器的布置位置，提高缺陷檢測(cè)精度。

目前，采用數(shù)值方法對(duì)GIS內(nèi)超聲傳播過(guò)程進(jìn)行模擬存在計(jì)算量大、所需求解時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，尤其對(duì)于三維數(shù)值模型的求解，該問(wèn)題尤為突出。主要原因在于擊穿放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)頻率較高，一般為20～100kHz，信號(hào)最小波長(zhǎng)較短，一般小于2mm，而為了保證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，聲場(chǎng)最大網(wǎng)格尺寸需要保持在與最小波長(zhǎng)尺寸相關(guān)的較小尺寸下，由此造成模型最終的網(wǎng)格數(shù)量龐大。而在此龐大的網(wǎng)格數(shù)量下，模型每多增添一個(gè)物理場(chǎng)都會(huì)造成計(jì)算量大幅度的增加。例如在對(duì)GIS內(nèi)部聲場(chǎng)求解時(shí)，我們通過(guò)考慮SF6氣體的流動(dòng)及其在空間上分布的不均勻性來(lái)提高模擬的精度，但此時(shí)數(shù)值模型的求解需要將聲場(chǎng)與流場(chǎng)、溫度場(chǎng)等進(jìn)行耦合，數(shù)值計(jì)算量大幅增加。

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降低GIS擊穿放電超聲傳播數(shù)值仿真計(jì)算量的方法，旨在不影響計(jì)算精度的基礎(chǔ)上減少聲場(chǎng)網(wǎng)格下需要計(jì)算的場(chǎng)量，將背景流溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，為降低GIS擊穿放電超聲傳播數(shù)值仿真計(jì)算量提供一種新的方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種降低GIS擊穿放電超聲傳播數(shù)值仿真計(jì)算量的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟S101，根據(jù)已有的GIS實(shí)物模型建立其相對(duì)應(yīng)的數(shù)值物理模型，對(duì)模型進(jìn)行電磁熱多物理場(chǎng)耦合求解，獲得此求解模型下的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)；

步驟S102，不考慮背景流體流動(dòng)，分別進(jìn)行耦合電磁熱溫度分布的聲場(chǎng)計(jì)算和背景流溫度為平均溫度的聲場(chǎng)計(jì)算；

步驟S103，根據(jù)步驟S102的結(jié)果確定聲場(chǎng)計(jì)算時(shí)是否需要直接耦合電磁熱溫度分布結(jié)果；

步驟S104，在背景流溫度相同的情況下，分別進(jìn)行耦合電磁熱速度分布的聲場(chǎng)計(jì)算和背景流靜止的聲場(chǎng)計(jì)算；

步驟S105，將步驟S104中的兩組聲壓結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確定聲場(chǎng)計(jì)算時(shí)是否需要直接耦合電磁熱速度分布結(jié)果；

步驟S106，根據(jù)步驟S103和步驟S105的對(duì)比結(jié)果確定最終簡(jiǎn)化方案。