一种分段绝缘器优化设计方法及分段绝缘器技术

本发明专利技术提供了一种分段绝缘器优化设计方法及分段绝缘器，该方法包括步骤：利用三维建模软件建立分段绝缘器的有限元仿真模型，确定分段绝缘器的待优化结构参数；设定分段绝缘器优化计算的约束条件，选取用于评价分段绝缘器的电气性能指标；根据分段绝缘器的结构特点，将待优化结构参数划分为若干个子集，并确定子集优化的优先等级；根据电气性能指标建立分段绝缘器结构优化设计的目标函数；采用粒子群优化算法，在目标函数下，对优先等级和约束条件进行求解，得到分段绝缘器的最优优化结果。本发明专利技术能够为分段绝缘器结构优改进提供途径，进一步抑制分段绝缘器消弧角尖端电晕放电，使得分段绝缘器的整体性能得到较大的提升。分段绝缘器的整体性能得到较大的提升。分段绝缘器的整体性能得到较大的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种分段绝缘器优化设计方法及分段绝缘器


[0001]本专利技术属于铁路接触网设备的电器绝缘结构设计与优化
，具体涉及一种分段绝缘器优化设计方法及分段绝缘器。

技术介绍

[0002]电气化铁路不同区段的接触网中一般采用不同的回路进行供电，彼此独立运行并通过分段绝缘器进行连接。分段绝缘器的作用主要是电气绝缘以及机械连接，方便各区域停电检修，减小出现故障和事故时的停电范围；同时其可以使受电弓在通过不同区段接触网交界处时得到平滑过渡，保障高铁和地铁车辆通过时获得持续电能供应。分段绝缘器长期在户外运行过程中面临的问题主要有消弧角局部放电、主绝缘积污导致表面闪络以及受电弓快速滑过时产生的电弧等。其中，由于分段绝缘器两端消弧角长期承受高电压、消弧角尖端曲率半径小，电场在此畸变严重。如果消弧角尖端表面电场强度若超过一定限值则会导致分段绝缘器的局部放电，影响分段绝缘器的安全稳定运行，尤其是雷电波侵入时消弧角尖端放电可能会导致空气击穿，甚至使得两段接触网之间的绝缘失效，严重情况下将危害铁路交通电网，造成巨大经济损失。

技术实现思路

[0003]为了克服上述技术缺陷，本专利技术提供了一种分段绝缘器优化设计方法，其能使得分段绝缘器的整体性能得到较大的提升。
[0004]为了解决上述问题，本专利技术按以下技术方案予以实现的：
[0005]一种分段绝缘器优化设计方法，包括步骤：
[0006]利用三维建模软件建立分段绝缘器的有限元仿真模型，确定分段绝缘器的待优化结构参数；
[0007]设定分段绝缘器优化计算的约束条件，选取用于评价分段绝缘器的电气性能指标；
[0008]根据分段绝缘器的结构特点，将所述待优化结构参数划分为若干个子集，并确定所述子集优化的优先等级；
[0009]根据所述电气性能指标建立分段绝缘器结构优化设计的目标函数；
[0010]采用粒子群优化算法，在所述目标函数下，对所述优先等级和所述约束条件进行求解，得到分段绝缘器的最优优化结果。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，在所述利用三维建模软件建立分段绝缘器的有限元仿真模型，确定分段绝缘器的待优化结构参数的步骤中，具体为：
[0012]根据分段绝缘器的消弧角结构特征以及屏蔽球的结构特征，选取所述待优化结构参数。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述选取所述待优化结构参数的步骤，包括如下步骤：
[0014]选取分段绝缘器的消弧角长度、消弧角倒角半径、屏蔽球半径作为待优化结构参
数。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述约束条件包括：分段绝缘器消弧角顶部屏蔽球场强最大值、分段绝缘器消弧角倒角处场强最大值以及绝缘子串表面场强最大值。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述子集包括：第一子集、第二子集和第三子集，其中，所述第一子集包括分段绝缘器消弧角顶部屏蔽球的结构参数，所述第二子集包括分段绝缘器消弧角形状的结构参数，所述第三子集包括消弧角长度参数。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述采用粒子群优化算法，在所述目标函数下，对所述优先等级和所述约束条件进行求解，得到分段绝缘器的最优优化结果的步骤，包括如下步骤：
[0018]初始化所有粒子及其种群；
[0019]计算每个粒子的目标函数；
[0020]将粒子的最优值与局部最优值进行比较，并更新局部最优值；
[0021]更新每个粒子的位置和速度；
[0022]在满足终止条件时终止迭代，输出最优值，否则返回至所述计算每个粒子的目标函数的步骤。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，所述终止条件包括：到达最大迭代次数、适应值函数满足收敛条件。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，所述确定所述子集优化的优先等级的步骤，具体为：
[0025]对分段绝缘器电气性能按照影响程度的大的子集进行优化，其中，分段绝缘器电气性能的影响程度大小X
i
由如下公式决定：
[0026][0027]其中，L1、L2分别代表某个待优化结构参数的两个不同数值，E
il
'、E
i2
'分别表示与该待优化结构参数对应的电气性能指标。
[0028]作为本专利技术的进一步改进，所述目标函数采用层次分析法建立。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术综合考虑了分段绝缘器对电气性能影响较大的多个关键结构，基于粒子群算法，提出了分段绝缘器的结构优化方法，能够为分段绝缘器结构优改进提供途径，进一步抑制分段绝缘器消弧角尖端电晕放电，使得分段绝缘器的整体性能得到较大的提升，更适合投入工程生产使用。
[0030]此外，本专利技术还提供了一种分段绝缘器，采用上述的分段绝缘器优化设计方法进行设计得到，包括：汇流排接头、金属滑板组、绝缘滑道、绝缘子串、支撑部件、消弧角、连接件和屏蔽球；
[0031]两个所述汇流排接头通过所述绝缘子串连接，金属滑板组通过支撑部件与所述汇流排接头的侧面连接，所述绝缘滑道通过所述连接件与所述绝缘子串连接，所述消弧角固定在所述金属滑板组上，所述消弧角的顶部设置有所述屏蔽球。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：分段绝缘器消弧角的尺寸、安装位置和角度经过特殊的设计配合，可最大限度的消除电弧，保障绝缘不被破坏，增加分段绝缘器的稳定性和寿命。同时为抑制消弧角局部放电，杜绝空气击穿导致绝缘失效情况的发生，在消弧角的尖端分别加装的屏蔽球，增大尖端表面曲率半径，降低其表面电场强度，有效减小
尖端放电的可能性和强度，从而提高铁路电网运行的稳定性和铁路系统的安全可靠性，保障人民群众安全和国民经济不受损失，因此本专利技术具有可靠性高、优化成本低，安装维护方便的特点，有效缓解消弧角尖端放电和电弧等问题，具有良好的应用前景。
附图说明
[0033]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
[0034]图1为实施例1所述分段绝缘器优化设计方法；
[0035]图2为实施例2所述分段绝缘器的结构示意图；
[0036]图3为实施例2所述分段绝缘器的局部放大示意图；
[0037]图4为实施例2所述绝缘子串的结构示意图。
[0038]标记说明：1、汇流排接头；2、金属滑板组；21、金属长滑板；22、金属短滑板；3、绝缘滑道；4、绝缘子串；41、中间芯棒；5、支撑部件；6、消弧角；7、连接件；8、屏蔽球。
具体实施方式
[0039]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0040]实施例1
[0041]本实施例提供了一种分段绝缘器优化设计方法，如图1所示，包括步骤：
[0042]S1、利用三维建模软件建立分段绝缘器的有限元仿真模型，确定分段绝缘器的待优化结构参数。
[0043]S2、设定分段绝缘器优化计算的约束条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分段绝缘器优化设计方法，其特征在于，包括步骤：利用三维建模软件建立分段绝缘器的有限元仿真模型，确定分段绝缘器的待优化结构参数；设定分段绝缘器优化计算的约束条件，选取用于评价分段绝缘器的电气性能指标；根据分段绝缘器的结构特点，将所述待优化结构参数划分为若干个子集，并确定所述子集优化的优先等级；根据所述电气性能指标建立分段绝缘器结构优化设计的目标函数；采用粒子群优化算法，在所述目标函数下，对所述优先等级和所述约束条件进行求解，得到分段绝缘器的最优优化结果。2.根据权利要求1所述的分段绝缘器优化设计方法，其特征在于，在所述利用三维建模软件建立分段绝缘器的有限元仿真模型，确定分段绝缘器的待优化结构参数的步骤中，具体为：根据分段绝缘器的消弧角结构特征以及屏蔽球的结构特征，选取所述待优化结构参数。3.根据权利要求2所述的分段绝缘器优化设计方法，其特征在于，所述选取所述待优化结构参数的步骤，包括如下步骤：选取分段绝缘器的消弧角长度、消弧角倒角半径、屏蔽球半径作为待优化结构参数。4.根据权利要求3所述的分段绝缘器优化设计方法，其特征在于，所述约束条件包括：分段绝缘器消弧角顶部屏蔽球场强最大值、分段绝缘器消弧角倒角处场强最大值以及绝缘子串表面场强最大值。5.根据权利要求1所述的分段绝缘器优化设计方法，其特征在于，所述子集包括：第一子集、第二子集和第三子集，其中，所述第一子集包括分段绝缘器消弧角顶部屏蔽球的结构参数，所述第二子集包括分段绝缘器消弧角形状的结构参数，所述第三子集包括消弧角长度参数。6.根据权利要求1所述的分段绝缘器优化设计方法，其特征在于，所述采用粒子群...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鲲鹏，任智星，冯超，王秋实，陈吉刚，代洪宇，赵云云，艾晓宇，牛景露，柳恩恩，侯峰，田彩，张鹏飞，王洪杰，陈霞，周丹，高杰，林晓鸿，吴继珍，刘良峰，刘禺贝，
申请(专利权)人：广州地铁设计研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：