[发明专利]一种GIS/GIL支撑绝缘子法兰处局部放电抑制方法

说明书

本发明公开了一种GIS/GIL支撑绝缘子法兰处局部放电抑制方法，以降低法兰侧局部气隙区域内电场强度为优化目标，利用变密度或水平集算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；利用图像分割算法提取出高介电区域的几何轮廓，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。考虑浇注后制件的机械性能及界面粘结强度引入介电功能梯度材料分布，完善高介电区域制件的结构设计，并通过高介电填料/聚合物共混的方式制备高介电复合材料，利用3D打印完成制件的制造。最后，将高介电制件放入传统环氧浇注金属模具中，浇注热固化环氧树脂完成支撑绝缘子的制造。

技术领域

本发明属于高电压电力设备设计制造技术领域，具体涉及一种GIS/GIL支撑绝缘子法兰处局部放电抑制方法。

背景技术

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)因其占地面积小，运行环境稳定等优点，广泛应用于超、特高压变电站中。而气体绝缘管道输电(Gas InsulatedTransmission Line,GIL)作为一种新型的先进输电方式，具有输送容量大、传输损耗小、安全性高等优点，常作为架空线路的替代方案，应用于特殊的输电环境中。

在GIS/GIL设备生产、安装阶段，不可避免地会在管道内部引入金属微粒，这些金属微粒在重力、电场力、洛伦兹力的作用下，会聚集在GIS/GIL中支撑绝缘子靠近法兰侧的气隙当中，由于气隙中电场强度较高，金属微粒的存在会严重畸变电场，超过SF6的耐受场强，引发局部放电乃至沿面闪络，造成电网安全事故。目前，抑制金属微粒的常规方法包括金属表面覆膜、设置微粒捕捉陷阱、法兰处设置R弧型金属屏蔽阻碍等。金属表面覆膜即通过外壳内表面涂胶或涂覆绝缘介质，可以降低微粒的带电量，从而可以防止微粒浮起，因而得到了广泛应用。但是,由于GIS/GIL内部电场分布为稍不均匀场，微粒即使不带电，微粒在电场梯度力的作用下也会向电场较强的区域运动，导致微粒浮起或附着到绝缘子表面。微粒陷阱法是在金属管道内部放置带有矩形槽的同轴金属微粒捕捉器，一旦微粒掉入陷阱中，由于上下高度差，微粒获得的能量无法使其脱陷，从而达到抑制金属微粒的目的。但这种方法一方面减小了绝缘距离，降低了设计裕度，另一方面引入额外的金属部件会与管道内壁发生摩擦，带来产生额外金属微粒的风险。法兰处设置R弧型金属屏蔽可以阻碍金属微粒运动到支撑绝缘子的两侧气隙内，但这种方法一方面带来了额外的加工流程，且难以阻碍微米级别微粒的运动。因此，全面有效的金属微粒抑制手段已经成为GIS/GIL设备发展的瓶颈。

通过改变材料介电参数空间分布可以主动调控电场，从而均化沿面电场分布或降低某区域内的电场强度。数值仿真手段可以实现物理过程的可视化和物理量的精确量化，优化绝缘配合和电气设计，如何通过数值模拟实现绝缘结构的高效优化设计是制造高性能盆式绝缘子的关键所在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种GIS/GIL支撑绝缘子法兰处局部放电抑制方法，采用精细化仿真设计结合高精度3D打印技术，可在支撑绝缘子法兰侧形成金属微粒的屏蔽区域，从而抑制局部放电的产生，保障设备的安全稳定运行。

本发明采用以下技术方案：

一种GIS/GIL支撑绝缘子法兰处局部放电抑制方法，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；

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；

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；