【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统，特别涉及一种交流工况下gis内部金属微粒运动的仿真方法及系统。
技术介绍
1、gis是电网的关键核心设备，用量巨大，仅国家电网公司系统gis在运量已超过60000间隔，其运行可靠性对供电安全至关重要。沿面闪络是电力系统中电力设备面临的挑战之一，严重影响系统的稳定性、可靠性和经济性。在电力系统各个环节中运行的电力设备和装置中，会在起到支撑和绝缘作用的固体电介质表面发生沿面闪络。研究表明，gis基本上有50％的故障是由金属微粒引起的，金属微粒通过降低固体绝缘件的沿面闪络电压，降低了设备或装置的绝缘性能。
2、为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段加以解决。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种交流工况下gis内部金属微粒运动的仿真方法及系统，以解决现有技术存在的问题，本专利技术通过仿真，揭示金属微粒的运动特性，研究金属微粒在220kv工频电压下的运动和捕获过程，对优化陷阱结构提供一定的指导。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种交流工况下gis内部金属微粒运动的仿真方法，包括以下步骤：
4、s1.在comsol中导入gis腔体模型；
5、s2.设置gis腔体模型中所有仿真对象的形状参数、材料属性以及初始位置；
6、s3.设置gis腔体模型的初始电位；
7、s4.依据gis腔体模型的初始电位计算微粒初始位置所在的电场场强，根据微粒初始位置所在
8、s5.实时更新微粒的极性，在已知微粒极性后，根据微粒的初始电荷计算微粒所受库仑力，结合微粒所受重力及气体粘滞阻力，计算微粒在交流电场作用下的运动轨迹。
9、进一步地，所述仿真对象的形状参数包括：金属栅格的上提高度、金属栅格的栅格间距、金属栅格的栅格厚度以及球型微粒的半径r。
10、进一步地，所述仿真对象的材料属性包括：微粒的材质及密度；gis腔内气体的材质、气体的粘滞系数、密度以及相对介电常数；gis其余各个组件的材料属性。
11、进一步地，所述gis其余各个组件的材料属性包括盆式绝缘子所用树脂材料以及陷阱捕捉器的金属材质。
12、进一步地，所述仿真对象的初始位置包括：微粒的放置位置的x、y、z坐标，记作x0、y0、z0；
13、所述gis腔体模型的初始电位设置为：金属高压导杆处设置为220sin(2πft)kv，栅格陷阱及金属外壳设置为0kv，其中，f为工频，t为时间。
14、进一步地，所述微粒初始位置所在的电场场强为坐标(x0,y0,z0)处的电场强度大小，记为e0。
15、进一步地，所述根据微粒初始位置所在的电场场强计算微粒的初始电荷，具体表达式如下：
16、
17、其中，r为微粒半径，ε0为真空介电常数，εr为腔内气体的相对介电常数。
18、进一步地，所述实时更新微粒的极性，具体包括：
19、若微粒未碰撞金属栅格陷阱，则保持微粒极性不变，否则通过以下步骤更新微粒的极性：
20、s51.定义微粒1以及微粒2，所述微粒1以及微粒2所带电荷分别为-q0、q0；
21、s52.选中金属栅格陷阱，定义该区域存在二次发射条件，分别记为二次发射1以及二次发射2；
22、s53.设置二次发射1的发射条件表达式为220sin(2πft)/abs(220sin(2πft))+1，释放微粒1；
23、s54.设置二次发射2的发射条件表达式为220sin(2πft)/abs(220sin(2πft))-1，释放微粒2；
24、其中，s53、s54的条件表达式中，当值为0时，会二次发射新的微粒，否则不发射，用于保证微粒与金属栅格陷阱碰撞后，能够根据碰撞瞬间交流电压的极性改变自身所带电荷的极性。
25、进一步地，所述在已知微粒极性后，根据微粒的初始电荷计算微粒所受库仑力，结合微粒所受重力及气体粘滞阻力，计算微粒在交流电场作用下的运动轨迹，具体包括：
26、微粒所受库仑力的表达式为：
27、fqz＝ke|qe|
28、其中，ke为镜像修正系数，q为微粒所带电荷，e为微粒所处位置的电场强度；
29、微粒所受重力的表达式如下：
30、g＝4/3πr3ρg
31、其中，r为微粒半径，ρ为微粒密度，g为重力加速度；
32、微粒所受气体粘滞阻力的表达式如下：
33、fvisc＝6πηrν
34、其中，η为气体粘滞系数，v为微粒运动速度；
35、在已知微粒所受库仑力、重力及气体粘滞阻力的情况下，设置微粒初始速度为0，将其在金属栅格陷阱上方某处释放，即能够计算微粒在整个过程中运动轨迹。
36、一种交流工况下gis内部金属微粒运动的仿真系统，包括：
37、导入模块：用于在comsol中导入gis腔体模型；
38、第一设置模块：用于设置gis腔体模型中所有仿真对象的形状参数、材料属性以及初始位置；
39、第二设置模块：用于设置gis腔体模型的初始电位；
40、第一计算模块：用于依据gis腔体模型的初始电位计算微粒初始位置所在的电场场强，根据微粒初始位置所在的电场场强计算微粒的初始电荷；
41、第二计算模块：用于实时更新微粒的极性，在已知微粒极性后，根据微粒的初始电荷计算微粒所受库仑力，结合微粒所受重力及气体粘滞阻力，计算微粒在交流电场作用下的运动轨迹。
42、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
43、金属微粒的运动具有随机性，如果通过实验结果去对微粒的陷阱进行优化，需要投入大量人力、物力以及时间。针对不同的陷阱结构，本专利技术只需导入相应的3d模型，便可实现对不同陷阱结构的电场计算，针对不同的颗粒属性，只需知晓其半径以及颗粒密度，便可计算得到颗粒在腔体内所受的外力大小。即，针对不同陷阱结构，不同颗粒属性，本专利技术皆可仿真得到不同条件下金属颗粒的运动情况，并且可以通过足量的运动模拟，获得不同参数微粒陷阱的捕获效果，对陷阱结构的优化具有指导意义。
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1.一种交流工况下GIS内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种交流工况下GIS内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述仿真对象的形状参数包括：金属栅格的上提高度、金属栅格的栅格间距、金属栅格的栅格厚度以及球型微粒的半径r。
3.根据权利要求1所述的一种交流工况下GIS内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述仿真对象的材料属性包括：微粒的材质及密度；GIS腔内气体的材质、气体的粘滞系数、密度以及相对介电常数；GIS其余各个组件的材料属性。
4.根据权利要求3所述的一种交流工况下GIS内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述GIS其余各个组件的材料属性包括盆式绝缘子所用树脂材料以及陷阱捕捉器的金属材质。
5.根据权利要求1所述的一种交流工况下GIS内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述仿真对象的初始位置包括：微粒的放置位置的x、y、z坐标，记作x0、y0、z0；
6.根据权利要求5所述的一种交流工况下GIS内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述微粒初始位置
7.根据权利要求6所述的一种交流工况下GIS内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述根据微粒初始位置所在的电场场强计算微粒的初始电荷，具体表达式如下：
8.根据权利要求5所述的一种交流工况下GIS内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述实时更新微粒的极性，具体包括：
9.根据权利要求8所述的一种交流工况下GIS内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述在已知微粒极性后，根据微粒的初始电荷计算微粒所受库仑力，结合微粒所受重力及气体粘滞阻力，计算微粒在交流电场作用下的运动轨迹，具体包括：
10.一种交流工况下GIS内部金属微粒运动的仿真系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种交流工况下gis内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种交流工况下gis内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述仿真对象的形状参数包括：金属栅格的上提高度、金属栅格的栅格间距、金属栅格的栅格厚度以及球型微粒的半径r。
3.根据权利要求1所述的一种交流工况下gis内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述仿真对象的材料属性包括：微粒的材质及密度；gis腔内气体的材质、气体的粘滞系数、密度以及相对介电常数；gis其余各个组件的材料属性。
4.根据权利要求3所述的一种交流工况下gis内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述gis其余各个组件的材料属性包括盆式绝缘子所用树脂材料以及陷阱捕捉器的金属材质。
5.根据权利要求1所述的一种交流工况下gis内部金属微粒运动的仿真方法，其特征在于，所述仿真对象的初始位置包括：微粒的放置位置的...
【专利技术属性】
技术研发人员：周彬，钟承志，冯阳，李盛涛，刘培焱，马若楠，郭凌岐，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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