[发明专利]GIS隔离开关不同接触状态下的多物理场耦合仿真模拟方法和系统

说明书

本发明公开了GIS隔离开关不同接触状态下的多物理场耦合仿真模拟方法和系统，设定GIS隔离开关三种典型的接触状态，然后在GIS隔离开关试验平台上，测量得到不同接触状态下的回路电阻；然后建立GIS隔离开关不同接触状态下的几何模型，并设置对应区域的材料属性；通过比较仿真回路电阻与试验回路电阻，调整动静触头的接触情况；然后设置物理场控制方程以及边界条件、初始条件、耦合变量；最后利用有限元法，对求解域进行网格剖分，求解多物理场耦合数学模型。本发明的仿真模拟方法与隔离开关实际工作条件更接近，故仿真结果的准确性可靠性较高。本发明有助于研究GIS隔离开关不同接触状态时的多物理场及其特性，对GIS的安全可靠运行具有重要意义。

技术领域

本发明涉及电力设备状态仿真分析领域，具体为GIS隔离开关不同接触状态下的多物理场耦合仿真模拟方法和系统。

背景技术

随着电力系统的发展演变，气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear，GIS)基于自身运行可靠性高、检修周期长、性能稳定、占地面积小等优势，在高电压等级的变电站中得到了广泛的应用。作为GIS中的关键设备，隔离开关可以制造明显的断点，但不具备灭弧的功能。同时隔离开关也是一种典型的机械电气混合式的设备，现场运行过程中容易发生故障。其中，由于长期频繁开断所引发的GIS隔离开关的机械状态劣化、动静触头接触不良是一种典型的故障类型。现有研究表明GIS隔离开关在发生故障的初期，往往伴随着电磁热流多个物理场的交互作用。准确计算GIS隔离开关不同接触状态时的多物理场及其特性，对GIS的安全可靠运行具有重要意义。

现有的针对GIS隔离开关不同接触状态下的多物理场分析研究方法，包含试验方法和仿真方法两种。试验方法本身成本昂贵，且GIS内部的物理量难以测量获得，因此主要用来辅助验证。而现有的仿真方法，往往忽略GIS周围空气域的影响，采用等效对流换热系数来等效，和实际情况存在出入。并且针对隔离开关不同接触状态，现有仿真没有进行明确的阐述说明，导致仿真结果不全面。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种GIS隔离开关不同接触状态下的多物理场耦合仿真模拟方法和系统，本发明能够仿真模拟隔离开关在不同接触状态下其周围的电-磁-热-流多物理场的分布，为实际工程中评估隔离开关的状态提供指导，对GIS隔离开关的安全稳定运行具有重要的意义。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

GIS隔离开关不同接触状态下的多物理场耦合仿真模拟方法，包括建模过程和模拟过程：

所述建模过程包括：

基于GIS隔离开关的不同接触状态，建立GIS隔离开关不同接触状态下的几何模型，所述不同接触状态包括接触良好、半分半合和临界分离，所述几何模型建模的对象包含GIS隔离开关的动触头、静触头、导杆、屏蔽罩、GIS金属外壳、SF₆绝缘气体和外部空气域；

设置所述几何模型中所述对象的材料属性；

基于所述几何模型和各对象的材料属性，计算仿真回路在不同接触状态的回路电阻值，将仿真得到的不同接触状态的回路电阻值与GIS隔离开关在不同接触状态下实测得到的回路电阻值分别对应进行比较，判断是否一致，如果一致，将所述几何模型作为仿真模型，如不一致，调整GIS隔离开关不同接触状态下的几何模型，直至仿真得到的不同接触状态的回路电阻值与实测得到的不同接触状态的回路电阻值一致；

所述模拟过程包括：

设置仿真模型中各对象的物理场控制方程、边界条件、初始条件和物理场耦合关系，并进行求解，得到GIS隔离开关的多物理场分布特性。

优选的，实测GIS隔离开关在不同接触状态的回路电阻值时，在GIS隔离开关试验平台上，采用电桥测量的方法测量不同接触状态下的回路电阻；