[发明专利]一种GIS/GIL支撑绝缘子法兰处局部放电抑制方法

权利要求书

1.一种GIS/GIL支撑绝缘子法兰处局部放电抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、以降低法兰侧局部气隙区域内电场强度为优化目标，根据拓扑优化方法求解支撑绝缘子法兰侧绝缘内部介电参数的最优空间分布，设计变量ε(r,z),(r,z)∈Ω₁，得到优化目标f如下：

其中，Ω₁为介电参数设计可行域，Ω₂为优化目标区域1，Ω₃为优化目标区域2；C_ref为电场积分项中优化分量的归一化参数，C_ref1为优化目标区域1中电场积分项的归一化参数，C_ref2为优化目标区域2中电场积分项的归一化参数，ρ₂为介电参数设计可行域内网格剖分后的材料虚拟密度；A和h_mesh分别为Ω₁的面积、网格剖分的最大尺寸；q为权重系数，r为二维轴对称坐标系下的横坐标，z为二维轴对称坐标系下的纵坐标，E₁为优化目标区域1内的电场强度，E₂为优化目标区域2内的电场强度，Ω为积分计算区域，约束条件为：

0＜m＜10,0＜ρ_i＜1,0≤q≤10

其中，ε_ri、ε_max和ε_min分别为第i个网格内的介电常数、介电常数变化的上限以及介电常数下限，m为密度函数形状控制系数，ρ_i为第i个网格内的材料密度；

S2、根据步骤S1计算得到的最优空间分布结果，采用图像分割算法提取优化得到的高介电区域光滑的几何轮廓，并通过参数建模的方式获得高介电区域的几何形状的CAD图纸，采用图像分割算法提取高介电区域光滑的几何轮廓具体为：

其中，F₁(C)为优化目标，u₀为图像的灰度值，C(I)为二维图像中的参数化曲线，s为积分路径，α、β和λ分别为优化目标中正的系数，C'(s)为参数化曲线的一阶导数，C”(s)为参数化曲线的二阶导数；

S3、引入介电功能梯度材料分布，并结合步骤S2获得的高介电区域几何形状CAD图纸，通过高介电填料/聚合物共混的方式制备高介电复合材料，利用3D打印完成高介电制件；

S4、将步骤S3制造的高介电制件内嵌到热固化浇注成型的环氧树脂GIS/GIL支撑绝缘子中的指定位置，抑制绝缘子法兰侧的电场畸变形成金属微粒的屏蔽区域，抑制由金属微粒引起的局部放电的发生。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，制备高介电复合材料具体为：

通过高介电填料与聚合物共混制备复合材料；调制完成后，利用3D打印制造高介电制件。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，3D打印工艺为光固化3D打印或熔融堆积3D打印。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，将环氧树脂与氧化铝粉体混合，然后加入固化剂，倒入内嵌有3D打印高介电制件的金属模具中进行预固化，随后在120～130℃固化处理18～25h，最后将支撑绝缘子随炉冷却至室温，将高介电制件嵌入到支撑绝缘子中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，环氧树脂：固化剂：氧化铝粉体的质量分数比为100：38：(300～320)。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，环氧树脂与氧化铝粉体在110～120℃、真空度为1～2mbar的环境下共混1～2小时，然后加入固化剂。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，固化剂加入前，先将固化剂在温度90～100℃，真空度10～15mbar的环境下放置30～40分钟。