[发明专利]一种GIS断路器接触电阻的非线性拟合方法和系统

权利要求书

1.一种GIS断路器接触电阻的非线性拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建GIS断路器简化结构有限元模型，并通过仿真采集GIS断路器温度数据；

S2：构建GIS母线接头接触电阻数值计算模型；

S3：建立GIS母线接头接触电阻非线性拟合模型并根据步骤S1收集的GIS断路器温度数据计算出GIS母线接头接触电阻计算值；

步骤S2中构建GIS母线接头接触电阻数值计算模型，具体为：

基于Bahraini模型的粗糙接触表面接触电阻R的计算公式如下所示：

式中，ρ为触点材料电阻率，a_s(r)为离散单元内的凸丘半径，对于GIS梅花接头，机械接触凸点半径a_s(r)等于导电斑点半径a，n_s(r)为离散单元内的凸丘数目，a_L为积分上限；

离散单元内的平均凸丘半径和凸丘数目的计算公式如所示：

式中，σ_s为粗糙表面的粗糙度，m为凸丘表面斜度，为粗糙面接触间隙特征函数，Y(r)为距离刚性球体中心线r处离散单元上弹性粗糙平面和光滑刚性球面的等效间距，erfc()为高斯误差函数补函数，Aa(r)为宏观视在接触面积；

步骤S3中建立GIS母线接头接触电阻非线性拟合模型，具体为：

非线性曲线在数值计算中，三次设计拟合非线性曲线是利用正交表，假定各个参数处于一个大的区域范围内，以残差平方和最小为目标函数，动态地估计参数值并反复搜索的一种选优方法，该选优方法拟合结果良好，不依赖于单个初始值，不会把相对极小误判为绝对极小，不需求偏导数，计算简单，基于此建立GIS母线接头接触电阻非线性拟合模型；

步骤S3中根据步骤S1收集的GIS断路器温度数据计算出GIS母线接头接触电阻计算值，具体为：

将步骤S1采集的表面温度数据和S2采集的GIS接触电阻数据作为训练数据集输入至GIS母线接头接触电阻非线性拟合模型中进行计算，所述GIS母线接头接触电阻非线性拟合模型输出所述接触电阻的计算值。

2.根据权利要求1所述的GIS断路器接触电阻的非线性拟合方法，其特征在于，步骤S1中构建GIS断路器简化结构有限元模型，具体为：

在仿真时，将体积小的绝缘部件与气体统一处理；

忽略GIS断路器内部构件包括活塞、导向套、螺栓和拉栓对计算结果的影响，将各部件视为紧固连接；

建立包括外壳、内部气体、绝缘筒、触头、载流导体和外部空气层的模型，得到GIS断路器简化结构有限元模型。

3.根据权利要求2所述的GIS断路器接触电阻的非线性拟合方法，其特征在于，步骤S1中采集GIS断路器温度数据，具体为：

沿等温线均匀采集GIS断路器温度数据。

4.根据权利要求1所述的GIS断路器接触电阻的非线性拟合方法，其特征在于，积分上限a_L的确定，具体如下：

在Bahraini宏观接触模型中，假定整个接触区域内的显微硬度是常数，尖峰斜率是粗糙度的函数，考虑到粗糙度的宏观接触模型的数学表述下所示：

P₀＝P₀(ρ₁,σ_s,E^*,F_K,H_mic)

式中，ρ₁表示曲率半径，σ_s表示表面粗糙度，E^*表示等效弹性模量，H_mic表示显微硬度；

利用量纲分析法，根据BuckinghamΠ准则将考虑到粗糙度的接触问题用粗糙度参量、几何参量和硬度参量表述：

粗糙度参量：

式中，a_H表示Hertz计算得到的接触半径；

几何参量：

硬度参量：

E′为弹性模量，由于接触区域内的显微硬度为常量，因此硬度参量对宏观接触模的影响可以忽略，修正后的最大压力p₀和接触半径a_L的量纲表述如下：

修正后的Hertz接触半径即作为求解域的积分上限。