[发明专利]一种梯度绝缘部件的制备方法

说明书

本发明公开了一种梯度绝缘部件的制备方法，通过采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标；分别计算电导率最优分布和介电常数最优分布；获取高电导率和高介电常数的高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数值和均匀电导率值；根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的添加量，完成所述高介电部分的制备，采用真空浇注手段完成绝缘部件剩余的低绝缘区域的制备。本方法能够快速优化出用于抑制局部电场畸变的梯度绝缘结构，并能够适应不同电压作用下的工作场合，能够实现梯度绝缘部件制备的精确控制，制造的梯度绝缘部件的绝缘效果更好。

技术领域

本发明涉及高电压设备制造技术领域，尤其涉及一种梯度绝缘部件的制备方法。

背景技术

输变电系统由一系列电气设备组成，在输变电系统中，绝缘部件起到了隔离电位、支撑导体的作用。绝缘结构的设计，需要考虑到设备所在系统中可能出现的各种电压、保护装置的特性，来确定设备必要的耐电强度，以便把作用于设备上的各种电压所引起的设备绝缘损坏和影响连续运行的概率降低至在经济上和运行上均能耐受的水平。现有工程中使用的绝缘结构大多为材料特性均匀的匀质绝缘，因此，在输变电系统中存在局部电场畸变问题。过高的场强易引发局部放电，工程中使用的特性均匀的匀质绝缘在长期运行过程中容易导致绝缘事故发生，引发设备失效乃至出现系统故障。针对局部电场畸变问题，功能梯度材料(Functionally Graded Materials，FGM)为解决这一问题提供了新模式和新途径。功能梯度材料是指性能在某个或多个维度方向上连续或准连续变化的非均质复合材料。

现有的梯度绝缘部件制备方法大致可分为三类：叠层法、离心法以及3D打印方法。但现有的制备方法的可控性较差，制备产品的绝缘效果不佳。

发明内容

本发明实施例提供一种梯度绝缘部件的制备方法，能够实现梯度绝缘部件制备的精确控制，制造的梯度绝缘部件的绝缘效果更好。

本发明实施例提供一种梯度绝缘部件的制备方法，所述方法包括：

以降低梯度绝缘部件的预设区域的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标；

根据所述空间优化目标，分别计算所述空间优化目标相对电导率的电导率最优分布和所述空间优化目标相对介电常数的介电常数最优分布；

取所述电导率最优分布中的高电导率区域和所述介电常数最优分布中高介电常数区域的交集，得到高介电区域，并计算所述高介电区域的均匀介电常数值和均匀电导率值；

根据所述均匀介电常数值和所述均匀电导率值确定所述高介电区域中的制备材料中填料的添加量，完成所述高介电部分的制备；

将所述高介电部分固定于金属模具中，采用真空浇注手段完成绝缘部件剩余的低绝缘区域的制备。

优选地，所述预设区域具体包括：预设的局部区域或所述梯度绝缘部件的气固界面处；

所述以降低梯度绝缘部件的预设区域的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法计算所述梯度绝缘部件结构内部的电导率和介电常数共同的空间优化目标，具体包括

以降低所述局部区域或所述气固界面处的电场强度为优化目标，采用拓扑优化方法中的水平集算法求解所述梯度绝缘部件结构内部的介电常数和电导率共同的空间优化目标f；