[发明专利]一种电热耦合场中套管运行特性仿真计算方法

说明书

本发明涉及电热耦合场技术领域，尤其是一种电热耦合场中套管运行特性仿真计算方法，包括如下步骤：S1、在仿真软件中根据套管的设计图纸进行几何结构建模，或者直接将套管在Autocad等中建立的几何模型直接导入到仿真软件的几何模型部分之中，在仿真模型中，为充分考虑外界环境的作用，空气外围环境区域宽度设置为套管径向长度的10倍。本发明提出了在考虑内、外绝缘复杂工况的电热耦合场中套管运行特性仿真计算方法，逐步给出了如何在仿真模型中加入工频电压、冲击电压等各种电压激励，加入套管内绝缘中气体主绝缘的物相变化，加入外绝缘中表面污秽层以及雨雪环境因素变化，考虑套管内外温度梯度，从对套管进行运行特性仿真与评估。

技术领域

本发明涉及电热耦合场技术领域，尤其涉及一种电热耦合场中套管运行特性仿真计算方法。

背景技术

套管是高压电力设备如变压器、断路器、阀厅穿墙等绝缘结构中的重要部件，其在各类工况下运行的安全稳定性对于相关高压设备整体的可靠性，对于电站工作人员的人身安全，以及电网输送电能的稳定性都具有重要意义。

在套管主绝缘中电场分布较为复杂，关键位置处的局部电场可能达到套管内平均场强的数倍。通常情况下，套管生产前的绝缘结构设计会考虑到局部最高场强，因而提高绝缘尺寸并预留出较大的绝缘裕度，使得套管在正常工况甚至是过电压情况下都能够承受住较大的局部应力。但在少数情况下，套管的绝缘特性会面临很大威胁甚至出现绝缘失效的情况。

对于SF₆填充式陶瓷套管，一旦绝缘失效发生会造成严重的事故：绝缘失效会导致主绝缘击穿产生放电或电弧，而陶瓷护套很有可能在放电过程中产生破损，由于护套内部SF₆气体压力高达0.6MPa，瓷套内部巨大的气体压力会在瞬间加剧瓷套的破损程度而导致瓷套的炸裂，飞溅的陶瓷碎片可能对周边的设备与工作人员产生巨大的伤害。因此，关键的问题在于在各种复杂工况下都能够模拟出套管的运行特性，从而对其进行安全性能评估与事故规避分析。需要在电场、电热耦合场中对套管的内、外绝缘进行电场分布计算，在考虑包括交流、过电压等工况在内，考虑套管径向温度梯度、考虑套管外部雨雪污秽等环境条件、考虑套管内部SF₆气体液化现象等综合条件下计算出套管内部可能出现的最高局部电场，将其与主绝缘材料的击穿场强相比较，从而评估套管绝缘结构的可靠性，找到可能引发套管绝缘失效的故障因素，并采取有效措施规避事故发生。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种电热耦合场中套管运行特性仿真计算方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计一种电热耦合场中套管运行特性仿真计算方法，包括如下步骤：

S1、在仿真软件中根据套管的设计图纸进行几何结构建模，或者直接将套管在Autocad等中建立的几何模型直接导入到仿真软件的几何模型部分之中，模型中，为充分考虑外界环境的作用，空气外围环境区域宽度设置为套管径向长度的10倍；

S2、在建立好几何模型的基础上，考虑内、外绝缘等因素反应在套管几何模型上的具体结构，一可能凝结在套管瓷套内壁上的SF₆液化后的液滴或者是液膜；二可能形成在套管瓷套外壁上的污秽层；

S3、建立好全部几何模型之后，开始对套管基本结构的材料参数进行赋值，给套管中的导杆、气体主绝缘、瓷套以及外绝缘空气环境设置相应材料对应的电导率、热导率、介电常数；

S4、考虑电热耦合场对陶瓷护套材料特性的影响，将陶瓷护套材料的电导率σ或介电常数ε分别设置为σ(E，T)、ε(E，T)；E和T分别为电场强度和温度；

S5、在建立好材料特性的基础上设置电压边界条件，为套管的接地部分加入电势为0的边界条件，在套管导杆部分加入工频交流高压边界条件；

S6、根据导杆上施加的电压边界条件类型选择计算时间；