[发明专利]基于有限元法的干式套管参数设计平台及设计方法

说明书

本发明公开了一种基于有限元法的干式套管参数设计方法，首先输入所需的干式套管电容芯体结构参数，包括套管形式及计算方法、零末两层极板长度和半径以及极板总层数，经过计算得出详细的电容芯体结构参数，再运用有限元法计算出相关电气参数并展示处理后结果图，综合考虑套管电容芯体电气性能，进一步优化干式套管电容芯体结构参数，可有效提高干式套管电容芯体结构参数设计效率，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及干式套管参数设计技术领域，具体地指一种基于有限元法的干式套管参数设计平台及设计方法。

背景技术

当干式套管的电压等级较高时，需要设计电容芯子，电容芯子由电容屏及绝缘层间隔包卷构成，形成多层圆柱体电容器。合理地设计电容芯子结构参数能够使得其径向场强E_r和轴向场强E_l分布均匀，从而提高套管的绝缘强度。通过芯子设计方法可以得到结构尺寸参数，再利用解析法得到相应的电气参数，而解析法求解的电气参数不够精确，存在一定偏差。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于有限元法的干式套管参数设计平台及设计方法，本发明采用有限元法能得到准确的干式套管参数。

为实现此目的，本发明所设计的基于有限元法的干式套管参数设计平台，其特征在于：它包括干式套管类型参数设置模块、有限元计算模块、干式套管电容芯体参数判断模块；

干式套管结构参数设置模块用于根据干式套管的实际应用场合确定干式套管类型、干式套管芯子设计方法、干式套管芯子零层极板与末层极板长度和半径，以及干式套管芯子极板总层数，根据上述干式套管类型、干式套管芯子零层极板与末层极板长度和半径，以及干式套管芯子极板总层数利用选定的干式套管芯子设计方法计算干式套管结构参数；

所述有限元计算模块用于利用有限元软件建立干式套管模型，将干式套管结构参数代入干式套管模型中进行材料性能定义以及网格划分，然后仿真计算得出干式套管芯子电场强度分布图、干式套管芯子电压分布图、干式套管芯子电容分布图、干式套管芯子分压比分布图、干式套管芯子径向电场强度及干式套管芯子轴向电场强度曲线图；

所述干式套管电容芯体参数判断模块用于对干式套管芯子电场强度分布图、干式套管芯子电压分布图、干式套管芯子电容分布图、干式套管芯子分压比分布图、干式套管芯子径向电场强度及轴向电场强度曲线图进行分析，判断干式套管芯子电场强度分布图所反映的干式套管芯子电场强度分布、干式套管芯子电压分布图所反映的干式套管芯子电压分布、干式套管芯子电容分布图所反映的干式套管芯子电容分布、干式套管芯子分压比分布图所反映的干式套管芯子分压比分布、干式套管芯子径向电场强度曲线图反映的干式套管芯子径向电场强度、干式套管芯子轴向电场强度曲线图反映的干式套管芯子轴向电场强度是否满足干式套管电容芯体对应的设计要求。

本发明的有益效果：

本发明首先在通过MATLAB/GUI软件实现的干式套管参数设计界面中，输入所需的干式套管电容芯体结构参数，包括套管形式及计算方法、零末两层极板长度和半径以及极板总层数，经过计算得出详细的电容芯体结构参数，再运用有限元法计算出相关电气参数并展示处理后结果图，综合考虑套管电容芯体电气性能，进一步优化干式套管电容芯体结构参数，可有效提高干式套管电容芯体结构参数设计效率，具有广泛的实用性。

由于解析法主要简化芯子模型，通过基本原理公式进行求解，存在一定偏差，而有限元法以变分原理为基础，将边值问题转化为变分问题，利用剖分插值进行离散化处理，充分保证了计算精度。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的功能及设计流程图；

图3为本发明的平台主界面图。

其中，1—干式套管类型参数设置模块、2—有限元计算模块、3—干式套管电容芯体参数判断模块、4—干式套管电容芯体参数调整模块。