[发明专利]采用逆向有限元技术的复合绝缘结构介电特性分析方法

权利要求书

1.采用逆向有限元技术的复合绝缘结构介电特性分析方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：

S1：采用介电响应分析测试仪对高压电气设备中包含多介质的复合油纸绝缘结构进行频域介电谱测量，获得复合绝缘部分整体的实测频域介电响应数据；

S2：根据S1中被测设备生厂商提供的设备结构图及尺寸信息，采用有限元软件建立该设备的全尺寸有限元仿真模型；

S3：在S2中有限元模型下进行电准静态场扫频分析；其中，针对每一种绝缘材料，分别采用修正的Cole-Cole模型构建其介电特性参量，即复介电常数ε^*同频率之间的关系；修正的Cole-Cole模型将电介质的复介电常数视为偶极子极化、直流电导和跳跃电导三部分的组合作用结果，见式(1)；复介电常数则写为式(2)；若实测FDS曲线中ε^*频域谱的虚部在高频段出现转折，则绝缘纸部分的偶极子极化过程进一步采用双弛豫时间极化过程表示，复介电常数见式(3)；根据S1中的实测ε^*曲线在高频段的转折情况，从式(2)和式(3)中选择一种表达式用于计算绝缘纸的复介电常数；

绝缘油的复介电常数采用下述方程(4)描述：

在式(2)-(4)中，ε^*_paper、ε^*_oil分别表示绝缘纸和绝缘油的复介电常数，ω为频率，j为虚数单位，除此之外的所有符号均表示公式中的待定常数，即介电变量；根据所选择的绝缘纸复介电常数表达式，即式(2)或式(3)，以及绝缘油复介电常数表达式，即式(4)，将其中的所有待定常数汇总组成待求解目标变量向量x；

S4：采用有限元软件扫频分析下的数据后处理功能，依照S1中的实际测量端口建立各部分材料的介电变量x至测量端口介电响应的映射关系；

S5：采用有限元分析软件同数值计算软件相结合的方法，建立有限元分析环境和数值计算环境两者之间的数据交换体系，在数值计算软件中建立基于S1中实测介电响应及S3中所采用的Cole-Cole模型的多参量非线性最优化模型，构建有限元软件向数值分析软件传送测量端口介电响应的计算值，数值分析软件控制有限元软件更新介电变量值的计算体系；

S6：采用遗传算法GeneticAlgorithm，即GA，同Levenberg-Marquardt算法，即L-M算法，相结合的融合方法GA-LMA通过S5中有限元环境同数值计算环境的数据交换体系，在数值计算软件中对S5中的多参量非线性最优化模型进行求解，反演得出介电变量向量x₀。

2.根据权利要求1所述的采用逆向有限元技术的复合绝缘结构介电特性分析方法，其特征在于：所述S6之后还包括S7：

采用油纸电容式套管缩比模型进行方法的有效性校验；按照真实套管的结构构建套管缩比模型，采用S1-S6步骤完成介电响应的测量及各部分绝缘材料介电变量的反演，得出介电变量的计算值x₀。

3.根据权利要求2所述的采用逆向有限元技术的复合绝缘结构介电特性分析方法，其特征在于：所述S7之后还包括S8：

解体S7中的套管缩比模型，对其中的绝缘油及电容芯纸体分别进行取样，采用宽频介电响应测试仪对油样和纸样分别测量其介电响应，得出油样和纸样的实测复介电常数，采用与S3中绝缘纸和绝缘油相同的Cole-Cole模型通过参数辨识拟合得出对应的介电变量x₁，将x₁与计算结果x₀进行对比及差异分析，校验本方法的有效性。

4.根据权利要求1所述的采用逆向有限元技术的复合绝缘结构介电特性分析方法，其特征在于：所述多介质的复合油纸绝缘结构为油纸-油隙。