[发明专利]一种模拟GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷运动的方法

说明书

本发明公开了一种GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷模拟运动的方法，属于输变电设备状态传感领域。本发明包括：获取模拟的金属颗粒尺寸和形状数据，确定金属颗粒模型以及横截面面积及质量；通过金属颗粒模型运动方向，以及金属颗粒模型与绝缘子表面的摩擦系数；通过电磁铁的中心轴线与金属颗粒模型的中心轴线重合，确定获取金属颗粒模型与电磁铁的水平距离和电流大小及方向，对GIS施加电压，确定金属颗粒模型的运动距离，电磁铁施加的电流和运动速度的比例关系，根据金属颗粒模拟运动的运动方向、运动距离和运动速度，及电磁铁的施加的电流，模拟GIS绝缘子表面金属颗粒的缺陷运动。本发明可以广泛应用于GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷模拟运动。

技术领域

本发明涉及输变电设备状态传感领域，并且更具体地，涉及一种模拟GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷运动的方法。

背景技术

气体绝缘开关设备GIS(Gas Insulated Switchgear)是电力系统的关键设备，其主要功能是切除电力系统故障和改变系统运行方式。随着我国电网规模增大，GIS绝缘放电故障频发，其中金属颗粒诱发的放电故障占比最高，占比达57％，主要原因之一为GIS开关操作期间气室内部金属颗粒在电场力及机械力等多物理场作用下运动状态发生改变，导致电场畸变引发绝缘击穿，主要包括两类，一类是GIS金属壳体上的金属颗粒运动诱发放电，一类是GIS绝缘子上金属颗粒运动诱发放电。

为研究金属颗粒运动诱发GIS放电的发生发展过程，如何在电场力及机械力等多物理场作用下等效模拟金属颗粒运动是实验研究的基础。对于GIS金属壳体上的金属颗粒运动诱发放电，以往开展了大量研究，由于GIS金属壳体上的金属颗粒在电场作用下容易通过金属壳体获得电荷，在电场力作用下，通过持续提高实验电压就可以使带电荷的金属颗粒运动，运动方向始终沿电场力方向，并通过调节电压大小控制金属颗粒运动速度，进而实现GIS金属壳体上金属颗粒运动的模拟。而对于GIS绝缘子上金属颗粒运动诱发放电，以往研究较少，由于GIS绝缘子表面的金属颗粒很难从绝缘子上获得电荷，因此难以在电场力作用下发生运动，而其他通过外部施加冲击振动使金属颗粒运动的方法随机性太大，难以控制颗粒的运动方向和运动速度，实验效率极低，导致研究很难开展。

发明内容

本发明是根据控制GIS壳体外部电磁铁的电流的大小、方向和时间控制GIS绝缘子表面永磁金属颗粒的运动方向和速度，实现GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷的运动模拟而提出了一种模拟GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷运动的方法，包括：

获取模拟的金属颗粒尺寸和形状数据，根据尺寸和形状数据，确定金属颗粒模型，并确定金属颗粒模型的横截面面积及质量；

把金属颗粒模型放置在绝缘子表面，使金属颗粒模型运动，获取金属颗粒模型运动时的绝缘子表面倾斜角度和金属颗粒模型的运动方向，根据绝缘子表面倾斜角度和金属颗粒模型的运动方向，获取金属颗粒模型与绝缘子表面的摩擦系数；

将放置有金属颗粒模型的绝缘子与电磁铁安装在GIS壳体外部，使电磁铁的中心轴线与金属颗粒模型的中心轴线重合，确定金属颗粒模型与电磁铁的水平距离；

调整电磁铁的电流大小及方向，确定金属颗粒模型沿中心轴线方向向绝缘子中心运动时的电流；

根据横截面面积及质量，摩擦系数，水平距离和电流，确定电磁铁与金属颗粒模型的磁感应系数；

将金属颗粒模型放置于封闭GIS中的目标位置，对GIS施加电压，确定金属颗粒模型的运动距离，电磁铁施加的电流和运动速度；

确定金属颗粒模型的运动距离，电磁铁施加的电流和运动速度的比例关系，根据比例关系，确定金属颗粒模拟运动的运动方向、运动距离和运动速度，及电磁铁的施加的电流；

根据金属颗粒模拟运动的运动方向、运动距离和运动速度，及电磁铁的施加的电流，模拟GIS绝缘子表面金属颗粒的缺陷运动。

可选的，金属颗粒模型采用金属永磁材料。