[发明专利]电-流体多物理场耦合的水珠运动及电场分析计算方法

说明书

本发明公开了电‑流体多物理场耦合的水珠运动及电场分析计算方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：建立平板硅橡胶表面水珠运动计算的几何模型并对所需的各几何域材料及属性进行选取；步骤2：在步骤1对平板硅橡胶表面水珠运动的计算几何模型及几何域材料属性进行选取的基础上添加电场与流体场并设置边界参数，再对电‑流体多物理场耦合条件进行配置；步骤3：划分网格，判断是否收敛，保证计算的收敛性。该计算方法，能够有效解决水分污渍导致的阻性电流以及电场下水珠拉伸、融合变形等运动导致的电场畸变增强这一问题。

技术领域

本发明属于计算高电压工程技术领域，具体涉及一种电-流体多物理场耦合的水珠运动及电场分析计算方法。

背景技术

作为目前电力系统中应用量最大的绝缘子，复合硅橡胶绝缘子已经有着30多年的运行经验，复合绝缘子具有的高污阻特性、优良的憎水性及憎水迁移特性有利于解决了电网大面积污闪事故频繁发生的问题。

但是复合绝缘子表面水珠以分离水珠的形式存在同时会导致沿面电场产生畸变。水珠、空气、绝缘子三相接触部分电场的明显增强会导致局部放电的产生甚至发生严重闪络事故。因此了解高压绝缘系统中分离水珠的放电现象对于保证电网在各种环境条件下的可靠性至关重要。

目前关于复合绝缘子表面存在分离水珠时放电特性的研究大多是通过单一静电场仿真分析去计算分离水珠的电场分布。而单一静电场分析模型计算有以下几个缺点：1)绝缘子沿面的分离水珠在电场下会出现拉伸、融合等变形运动，从而导致沿面电场的严重畸变；2)实际的运行环境中，考虑绝缘子表面水分、污秽存在导致的阻性电流，其表面电场更符合恒定电流场分布而非静电场。

采用传统单一的静电场计算模型进行电场分析，由于忽略水珠的运动导致的电场畸变增强、水分污渍导致的阻性电流等因素的影响，因此其计算结果会有极大的误差，不利于深入了解高压绝缘系统中分离水珠的放电特性从而也不利于提高电力系统在各种运行环境中的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种电-流体多物理场耦合的水珠运动及电场分析计算方法，能够有效解决水分污渍导致的阻性电流以及电场下水珠拉伸、融合变形等运动导致的电场畸变增强这一问题。

本发明所采用的技术方案是，电-流体多物理场耦合的水珠运动及电场分析计算方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：建立平板硅橡胶表面水珠运动计算的几何模型并对所需的各几何域材料及属性进行选取；

步骤2：在步骤1对平板硅橡胶表面水珠运动的计算几何模型及几何域材料属性进行选取的基础上添加电场与流体场并设置边界参数，再对电-流体多物理场耦合条件进行配置；

步骤3：划分网格，判断是否收敛，保证计算的收敛性。

本发明的特点还在于，

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1：平板硅橡胶表面水珠运动计算的几何模型为二维模型，此二维模型中包含的复合硅橡胶绝缘子材料的几何形状选取规则的平板模型，此二维模型中包含的水珠与硅橡胶绝缘子平板模型的接触角为120°；此二维模型中包含水珠的数量根据用户需求可自由选取；此二维模型中包含的水珠半径根据用户需求可自由选取。

步骤1.2：所需的各几何域材料具体为水珠材料、空气材料及硅橡胶绝缘子材料，对各几何域材料及属性选取如下：

(1)水珠材料的属性分别选取：相对介电常数、电导率、动力粘度、密度，记为ε₁、γ₁、μ₁、ρ₁；

(2)空气材料的属性分别选取：相对介电常数、电导率、动力粘度、密度，记为ε₂、γ₂、μ₂、ρ₂；