基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有限元的GIL电‑磁‑热‑流‑力多物理场耦合仿真建模方法，包括：S1、以GIL设备为研究对象，进行几何建模；S2、根据GIL结构参数和气体参数，进行相应的材料设置；S3、根据所研究对象，选择对应的物理场计算模块及其耦合方式；S4、在各个物理场模块中，设置对应的模型求解边界条件；S5、根据模型尺寸和对应的物理场类型，进行网格剖分；S6、求解GIL多物理场耦合计算模型，计算各个物理场量分布。本发明专利技术能够较为准确地计算GIL运行过程中的电场、磁场、热场、流场、热膨胀位移场分布，模拟GIL实际运行过程中的电‑磁‑热‑流‑力效应，可以为设计和运维提供理论依据，对保证GIL的安全可靠运行具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法
本专利技术涉及电力
，具体涉及一种基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法。
技术介绍
气体绝缘输电线路(GasInsulatedTransmis-sionLine,GIL)是一种金属外壳和导体同轴封闭、采用压缩气体(SF6气体或SF6混合气体或压缩空气)绝缘的电能传输设备。随着我国大批水电站建设、输电线江河跨越和城市地下综合管廊建设的开展，GIL因其传输容量大、单位损耗低、受环境影响小、寿命长、运行维护方便和可靠性高等优点得到了越来越多的应用。准确计算GIL运行时涉及的多物理场及其特性，可以为设计和运维提供理论依据，对保证GIL的安全可靠运行具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法，准确计算GIL运行时涉及的多物理场及其特性，可以模拟GIL的实际运行状况，为GIL设备的设计和运行维护提供理论依据，对保证GIL的安全可靠运行具有重要的意义。为实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、以直线GIL单元为研究对象，对GIL本体元件、SF6绝缘气体、外部空气区域进行几何建模；/nS2、根据GIL结构参数和气体参数，进行相应的材料设置；/nS3、根据所研究对象，选择对应的物理场计算模块及其耦合方式；/nS4、在各个物理场模块中，设置对应的模型求解边界条件；/nS5、根据模型尺寸和对应的物理场类型，进行网格剖分；/nS6、求解GIL多物理场耦合计算模型，计算各个物理场量分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、以直线GIL单元为研究对象，对GIL本体元件、SF6绝缘气体、外部空气区域进行几何建模；
S2、根据GIL结构参数和气体参数，进行相应的材料设置；
S3、根据所研究对象，选择对应的物理场计算模块及其耦合方式；
S4、在各个物理场模块中，设置对应的模型求解边界条件；
S5、根据模型尺寸和对应的物理场类型，进行网格剖分；
S6、求解GIL多物理场耦合计算模型，计算各个物理场量分布。


2.根据权利要求1所述的基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法，其特征在于：在步骤S1中，建立的几何模型区域包括导体、绝缘气体、盆式绝缘子、外壳、外部空气区域，其中外部空气域为圆柱体。


3.根据权利要求2所述的基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法，其特征在于：在步骤S2中，导体、绝缘气体、盆式绝缘子、外壳对应的材料分别为铝合金A5005-0、SF6、环氧树脂、铝合金A6063-T5。


4.根据权利要求2所述的基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法，其特征在于：在步骤S3中，所选择的物理场计算模块包含：静电、磁场、固体传热、层流、固体力学，对应的多物理场耦合接口包含：电磁热、非等温流动、温度耦合、热膨胀。


5.根据权利要求2所述的基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法，其特征在于：在步骤S4中，模型求解的边界条件为：静电场中设置导体表面高电位，外壳接地为零电位；磁场中设置导体负荷电流；热场中设置GIL各元件表面为热辐射边界，外部空气域足够远处温度为环境温度；层流场中设置各元件表面为壁面，并添加重力条件。


6.根据权利要求2所述的基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法，其特征在于：在步骤S5中，对导体、绝缘气体、盆式绝缘子、外壳采用扫掠的方式剖分，对外部空气域采用自由四面体网格剖分，在各壁面设置边界层网格。


7.根据权利要求6所述的基于有限元的GIL电-磁-热-流-力多物理场耦合仿真建模方法，其特征在于：步骤S6包括以下步骤：
S61、独立求解GIL静电场，根据所设的静电场边界条件，求解变量为电势，并进一步求解电场分布，电场控制方程如下：



式中，为拉普拉斯算子；φ为电位；ρs为电荷密度；ε为介电常数；Ω1为有源电荷分布区域；Ω2为无源电荷分布区域；
S62、联合求解GIL磁-热-流场，根据所设的磁场...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗新，李乾坤，周翔胜，何平，陆昶安，叶建铸，谭华安，刘春涛，黄学民，陈为庆，庄小亮，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，
类型：发明
国别省市：广东;44