【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高压有载分接开关油中杂质颗粒运动，具体为一种基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法及系统。
技术介绍
1、金属颗粒杂质会严重降低绝缘油的绝缘性能，当油中金属颗粒的浓度达到一定水平时便会造成击穿。一般液体电介质中颗粒杂质造成的击穿都采用“小桥”理论进行解释，但该理论一般适用于处于静止状态的液体介质。因此现有基于“小桥”理论的关于油中颗粒的研究都针对的是油中定间隙的状态，绝缘油呈现静止或者低速层流。然而有载分接开关触头的切换动作速度快、时间短、具有冲击性，液体介质流动规律复杂，该过程应视为油中动间隙问题，该状态下的颗粒运动规律更为复杂，难以用现有的理论解释。因此有载分接开关制造厂家均不明确有载分接开关运动过程中金属颗粒的放电机理，缺少绝缘裕度设计以及故障检测的理论依据。
2、目前国内外关于绝缘油中颗粒杂质的研究主要针对于绝缘油中颗粒的运动规律以及颗粒杂质的影响。其中关于油中颗粒运动的规律研究表明了油中颗粒在碰撞电极获得电荷后会受电场力作用在电极间往复振荡运动，且在直流电压下运动最剧烈。因此当绝缘油处于静止时，油中颗粒群会在电极间形成杂质“小桥”。而当绝缘油流动时，由于现有研究油流方向与电场方向垂直，因此难以形成稳定“小桥”，颗粒运动轨迹在电极间振荡。
3、油中颗粒杂质影响的研究内容包含杂质导致的局部放电和击穿。其中局部放电主要由颗粒与电极碰撞时的电荷交换、颗粒的堆积以及带电颗粒导致的电场畸变引起，因此局部放电的强度与放电量取决于颗粒的运动以及位置分布。而当颗粒在电极间形成杂质“小桥”时，根据小
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术解决的技术问题是：现有的绝缘油中颗粒杂质的研究存在没有分析金属颗粒运动分布对绝缘油绝缘性能的影响以及造成击穿的原因，有载分接开关长期运行的可靠性低，以及仅仅分析在绝缘油为静止或者流动状态时内部颗粒的运动状态的问题。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，包括通过开关动静触头及运动建模仿真；根据流体场湍流模型建模仿真；基于间隙内电场建模仿真；通过间隙内金属颗粒运动建模仿真；基于仿真结果输出绝缘油动间隙内金属颗粒运动规律判断故障。
4、作为本专利技术所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法的一种优选方案，其中：所述通过开关动静触头及运动建模仿真包括构建对称的动触头平动模型和非对称的动触头绕轴转动模型；
5、所述对称的动触头平动模型关于中轴线对称，动触头做匀加速平动且在动触头运动过程中，绝缘油间隙内部的电场为均匀电场；
6、所述非对称的动触头绕轴转动模型，动触头做匀角加速的绕转旋转，动静触头间隙内电场为不均匀电场，电场的不均匀程度与间隙成正比；
7、在仿真中，对称模型与非对称模型的动触头运动时间设置为18ms；
8、其中对称模型下，动触头与静触头的最大间隙为40mm，非对称模型下，动触头的绕轴旋转最大角度为20°。
9、作为本专利技术所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法的一种优选方案，其中：所述根据流体场湍流模型建模仿真包括基于湍流模型选用流体，仿真模型中绝缘油采用标准矿物绝缘油；
10、选择overset嵌套网格模型来进行触头运动过程中流体场的建模；将流体场作为背景网格进行网格划分，同时在动触头周围建立前景网格；
11、当触头运动时，前景网格跟随动触头共同运动，而背景网格保持静止，两层网格相对运动并且通过上下两层的重叠网格进行数据交换。
12、作为本专利技术所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法的一种优选方案，其中：所述基于间隙内电场建模仿真包括设定动静触头间的电势差，仿真中采用最大级电压作为动间隙电势差，交流频率为50hz，获取间隙内的动静触头电势差电场；
13、针对带电金属颗粒产生的电场，在仿真中捕捉与动静触头壁面碰撞的金属颗粒，设定金属颗粒在碰撞中由于电荷转移获得的电荷，表示为：
14、 ；
15、其中，为绝缘油的相对介电常数，为真空介电常量，为金属颗粒的半径，为金属颗粒所在处的场强；
16、对于携带电荷的金属颗粒，根据输出带电颗粒的电场；
17、针对电中性的颗粒产生的电场，表示为：
18、；
19、其中，表示所求位置相对电偶极子的球坐标，表示颗粒的电偶极矩，表示颗粒在电场中极化程度的量度，表示真空的电容率，表示相对电容率，表示颗粒的半径，表示颗粒所处位置的电场强度，表示颗粒周围的总电场强度，表示颗粒周围电场的径向分量，表示颗粒周围电场的角向分量，表示颗粒周围电场的方位角分量，表示从正z轴到点的连线与z轴的夹角，表示从原点到点的距离。
20、作为本专利技术所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法的一种优选方案，其中：所述通过间隙内金属颗粒运动建模仿真包括金属颗粒的运动，表示为：
21、；
22、其中，r 表示颗粒半径，表示颗粒密度，表示颗粒速度矢量，表示重力作用力，表示浮力，表示考虑流体的粘滞性的阻力，表示虚拟质量力，表示巴尼奥利力，表示压差力，表示磁力，表示斯托克斯力，表示电场力，表示介电泳力，与颗粒的极化有关；
23、金属颗粒的运动由绝缘油流体场与触头间隙内电场共同决定，根据流体场的数学模型以及电场强度的数学模型，输出流体速度场与压力场以及电场强度与颗粒运动状态的关系，流体场对颗粒以曳力为主的作用力改变金属颗粒的运动从而影响电场的分布，电场对金属颗粒的电场力以及介电泳力的作用改变金属颗粒的运动影响流体场的分布，使流体场与电场形成以金属颗粒运动为媒介的间接耦合，表示为：
24、；
25、其中，表示流体的密度，表示重力加速度，表示颗粒的体积，表示垂直向上的单位向量，表示压力，表示流体的动态粘度，表示流体的速度，表示颗粒的电荷量，表示电场强度，表示磁场强度，表示颗粒的极化率，表示温度梯度，表示温度梯度系数，表示化学势梯度，γ 表示系数，表示颗粒表面积，表示系数，表示金属颗粒的速度；
26、在与绝缘油的流固耦合中，采用拉格朗日-欧拉法进行分析，选用dpm模型针对离散的金属颗粒的运动进行建模。
27、作为本专利技术所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法的一种优选方案，其中：所述基于仿真结果输出绝缘油动间隙内金属颗粒运动规律判断故障包括对称模型中绝缘油流体速度场关于中轴线对称，间隙内中轴线位置流速垂直于触头面，两端流速平行于触头面，间隙内逐渐形成两组漩涡；非对称模型中，间隙内绝缘油流体场整体速度方向按照间隙由大到小分布，流体碰撞触头表面后在静触头以及动触头表面均形成漩涡；对称模型中金属颗粒随着流体从间隙两侧中间位置进入间隙，在中心本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述通过开关动静触头及运动建模仿真包括构建对称的动触头平动模型和非对称的动触头绕轴转动模型；
3.如权利要求2所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述根据流体场湍流模型建模仿真包括基于 湍流模型选用流体，仿真模型中绝缘油采用标准矿物绝缘油；
4.如权利要求3所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述基于间隙内电场建模仿真包括设定动静触头间的电势差，仿真中采用最大级电压作为动间隙电势差，交流频率为50Hz，获取间隙内的动静触头电势差电场；
5.如权利要求4所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述通过间隙内金属颗粒运动建模仿真包括金属颗粒的运动，表示为：
6.如权利要求5所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述基于仿真结果输出绝缘油动间隙内金属颗粒运动规律判断故障包括对称模型中绝缘油流体速
7.如权利要求6所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述基于仿真结果输出绝缘油动间隙内金属颗粒运动规律判断故障包括基于仿真结果输出绝缘油动间隙内金属颗粒运动规律构建故障判断模型，表示为：
8.一种采用如权利要求1~7任一所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法的系统，其特征在于：包括开关动静触头及运动防止构建模块，流体场构建模块，间隙内电场构建模块，间隙内金属颗粒运动模块，仿真结果分析模块，故障判断模块；
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述通过开关动静触头及运动建模仿真包括构建对称的动触头平动模型和非对称的动触头绕轴转动模型；
3.如权利要求2所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述根据流体场湍流模型建模仿真包括基于 湍流模型选用流体，仿真模型中绝缘油采用标准矿物绝缘油；
4.如权利要求3所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述基于间隙内电场建模仿真包括设定动静触头间的电势差，仿真中采用最大级电压作为动间隙电势差，交流频率为50hz，获取间隙内的动静触头电势差电场；
5.如权利要求4所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述通过间隙内金属颗粒运动建模仿真包括金属颗粒的运动，表示为：
6.如权利要求5所述的基于动态绝缘油流体与金属颗粒运动判断方法，其特征在于：所述基于仿真结果输出绝缘油动间隙内金属颗粒运动规律判断故障包括对...
【专利技术属性】
技术研发人员：严英杰，刘亚东，许永鹏，江俊杰，江秀臣，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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