[发明专利]一种降低GIS击穿放电超声传播数值仿真计算量的方法

说明书

本发明涉及一种降低GIS击穿放电超声传播数值仿真计算量的方法，该方法包括：S101，根据已有的GIS实物模型建立其相对应的数值物理模型，对模型进行电磁热多物理场耦合求解，获得此求解模型下的温度场和速度场；S102，分别进行耦合电磁热温度分布的声场计算和背景流温度为平均温度的声场计算；S103，根据S102的结果确定声场计算时是否需要直接耦合电磁热温度分布结果；S104，在背景流温度相同的情况下，分别进行耦合电磁热速度分布的声场计算和背景流静止的声场计算；S105，将S104中的两组声压结果进行对比，确定声场计算时是否需要直接耦合电磁热速度分布结果；S106，根据S103和S105的对比结果确定最终简化方案。与现有技术相比，本发明具有节省了计算资源等优点。

技术领域

本发明涉及GIS击穿放电超声传播数值仿真领域，尤其是涉及一种降低GIS击穿放电超声传播数值仿真计算量的方法。

背景技术

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)是电力系统中的一种重要设备。因为其具有安全性高、占地面积小等特点而被广泛应用于输变电工程领域。但同时，GIS采用全封闭式结构，设备内部即使发生了SF6击穿放电等绝缘缺陷，检测工人也难以判断缺陷位置，甚至无法检测到缺陷的发生，故无法及时进行检修。目前的放电检测手段主要是利用放电过程中产生的光、电、声和化学物质来进行判断，超声检测法就是通过传感器检测击穿放电时产生的超声波信号来定位缺陷的位置。但因为超声波信号在GIS内衰减的幅度较大，尤其在气固交界处还会发生反射与折射，布置在外壳上的传感器通常只能检测到微弱的信号，若传感器距离击穿放电点较远甚至无法检测到放电信号。因此近年来，国内外有学者通过数值方法来模拟超声波在GIS内的传播过程以及研究声波信号在传播中的衰减特性等，以此来优化超声传感器的布置位置，提高缺陷检测精度。

目前，采用数值方法对GIS内超声传播过程进行模拟存在计算量大、所需求解时间长的问题，尤其对于三维数值模型的求解，该问题尤为突出。主要原因在于击穿放电产生的超声波信号频率较高，一般为20～100kHz，信号最小波长较短，一般小于2mm，而为了保证数值模拟结果的准确性，声场最大网格尺寸需要保持在与最小波长尺寸相关的较小尺寸下，由此造成模型最终的网格数量庞大。而在此庞大的网格数量下，模型每多增添一个物理场都会造成计算量大幅度的增加。例如在对GIS内部声场求解时，我们通过考虑SF6气体的流动及其在空间上分布的不均匀性来提高模拟的精度，但此时数值模型的求解需要将声场与流场、温度场等进行耦合，数值计算量大幅增加。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降低GIS击穿放电超声传播数值仿真计算量的方法，旨在不影响计算精度的基础上减少声场网格下需要计算的场量，将背景流温度场与速度场进行简化，为降低GIS击穿放电超声传播数值仿真计算量提供一种新的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种降低GIS击穿放电超声传播数值仿真计算量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S101，根据已有的GIS实物模型建立其相对应的数值物理模型，对模型进行电磁热多物理场耦合求解，获得此求解模型下的温度场和速度场；

步骤S102，不考虑背景流体流动，分别进行耦合电磁热温度分布的声场计算和背景流温度为平均温度的声场计算；

步骤S103，根据步骤S102的结果确定声场计算时是否需要直接耦合电磁热温度分布结果；

步骤S104，在背景流温度相同的情况下，分别进行耦合电磁热速度分布的声场计算和背景流静止的声场计算；

步骤S105，将步骤S104中的两组声压结果进行对比，确定声场计算时是否需要直接耦合电磁热速度分布结果；

步骤S106，根据步骤S103和步骤S105的对比结果确定最终简化方案。