(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210754242.4 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 云南电网有限责任公司电力科 学研 究院 地址 650000 云南省昆明市经济技 术开发 区云大西路10 5号 (72)发明人 邓云坤　稽凯　张博雅　李兴文　 彭晶　赵现平　王科　张枭　 李桥安　张鹏成　李东　杨伟荣　 (74)专利代理 机构 深圳中细软知识产权代理有 限公司 4 4528 专利代理师 黄劼 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/10(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 隔离开关内绝缘电场改善绝缘水平的仿真 方法及装置 (57)摘要 本发明涉及一种隔离开关内绝缘电场改善 绝缘水平的仿真方法及装置， 所述方法包括构建 隔离开关的多物理场耦合模型； 其中， 物理场包 括隔离开关的电磁场和隔离开关的稀物质传递 场； 根据隔离开关的结构构造几何模型， 对几何 模型赋予材料属性并导入绝缘气体参数； 设置各 个物理场的边界条件对几何模型进行优化， 得到 几何优化模型， 对几何优化模型进行求解， 得到 最优轮廓曲线； 其中， 最优轮廓曲线为隔离开关 的结构的最优尺寸分布； 获取最优轮廓曲线对应 的几何模型， 进行求解得到最优电场分布和最优 电荷分布。 本发 明对隔离开关的表 面电荷积聚导 致的场强分布影 响进行研究， 从而得到直流电压 下不同尺 寸影响下的电势和电场强度分布， 有利 于其安全稳定运行。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 115169100 A 2022.10.11 CN 115169100 A 1.一种隔离开关内绝 缘电场改善绝 缘水平的仿真方法， 其特 征在于， 包括： 构建隔离开关的多物理场耦合模型； 其中， 所述物理场包括隔离开关的 电磁场和隔离 开关的稀物质传递场； 在所述多物理场耦合模型中根据所述隔离开关的结构构造几何模型， 对所述几何模型 赋予材料属性并导入绝 缘气体参数； 设置各个物理场的边界条件， 通过所述边界条件对几何模型进行优化， 得到几何优化 模型， 对所述几何优化模型进行求解， 得到最优轮廓曲线； 其中， 所述最优轮廓曲线为所述 隔离开关的结构的最优尺寸分布； 获取所述最优轮廓曲线对应的几何模型， 进行求解得到最优电场分布和最优电荷分 布。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述构建隔离开关的多物理场耦合模型， 包括： 在COMSOL软件中， 选择二维轴对称模型， 并在所述二维轴对称模型中添加隔离开关的 电磁场和隔离开关的稀物质传递场； 其中， 所述电磁场用来模拟所述隔离开关中的电磁场 分布规律， 所述稀物质传递场用于模拟所述隔离开关中的电荷分布规 律。 3.根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 所述在所述多物理场耦合模型中根据 所述隔离开关的结构 构造几何模型， 包括： 将所述隔离开关的结构简化为由电极、 喷口及玻璃缸筒组成， 根据 所述电极、 喷口及玻 璃缸筒的位置关系及长 宽高比例， 在COMSOL软件中构建所述隔离开关的几何模型。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 所述对所述几何模型 赋予材料属性， 包括： 所述电极采用 铝材料制成， 所述喷口采用环氧树脂材料制成， 所述玻璃缸筒采用玻璃 钢材料制成， 所述 绝缘气体为SF6； 所述电极、 喷口、 玻璃缸筒及绝 缘气体的材 料属性均包括电导 率和相对介电常数。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述喷口的轮廓为圆弧状， 所述圆弧由喷 口的内侧曲线和外侧曲线构成， 所述对 所述几何优化模型进 行求解， 得到最优轮廓曲线， 包 括： 采用五阶伯恩斯坦多项式， 分别对喷口的内侧曲线和外侧曲线进行描绘， 分别得到内 侧曲线的和外侧曲线的轮廓函数； 根据预设的约束条件分别对所述轮廓函数进行求解， 去 除不满足约束条件的点， 得到 最优轮廓曲线； 其中， 所述约束条件包括 曲线终点和曲线起点处的形变量分别为最小和最 大的第一约束条件、 电场畸变率 最小的第二约束条件以及限制形状的第三约束条件。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 采用如下预设的约束条件对所述轮廓 函数 进行求解； 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169100 A 2其中， S(r)为轮廓函数， r为曲线位置点， S ′(0)为曲线起点， S ′(1)为曲线 终点， S′(r)为 在曲线位置点r处的导数， Ak为决策变量， S ′0为。 7.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述几何优化模型包括以喷口的内侧和外 侧表面电场的最小值 为目标函数， 以及与所述目标函数对应的约束条件； 所述目标函数为mi n： E＝max{E1,E2}＝f(A12,A13,A22,A23)； 所述约束条件为 其中， S1(r)为喷口外侧的轮廓函数， S2(r)为喷口内侧的轮廓函数， E为电场， E1和E2分别 为喷口外侧和喷口内侧的表 面电场， Dmin和Dmax分别为受到机械强度和制造可靠性限制决定 的喷口最小厚度和喷口最大厚度。 8.根据权利要求5所述的方法， 其特 征在于， 对所述内侧曲线和外侧曲线的径向尺寸进行归一 化处理。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 在COMSOL软件中采用Levenberg ‑Marquardt优化算法对所述最优轮廓曲线对应的几何 模型， 进行求 解得到最优电场分布和最优电荷分布； 其中， 所述COMSOL软件中预设有所述 最优轮廓曲线对应的几何模型计算的上限值。 10.一种隔离开关内绝 缘电场改善绝 缘水平的仿真装置， 其特 征在于， 包括： 构建模块， 用于构建隔离开关的多物理场耦合模型； 其中， 所述物 理场包括隔离开关的 电磁场和隔离开关的稀物质传递场； 构造模块， 用于在所述多物理场耦合模型中根据所述隔离开关的结构构造几何模型， 对所述几何模型 赋予材料属性并导入绝 缘气体参数； 第一求解模块， 用于设置各个物理场的边界条件， 通过所述边界条件对几何模型进行 优化， 得到几何优化模型， 对所述几何优化模型进 行求解， 得到最优轮廓曲线； 其中， 所述最 优轮廓曲线为所述隔离开关的结构的最优尺寸分布； 第二求解模块， 用于获取所述最优轮廓曲线对应的几何模型， 进行求解得到最优电场 分布和最优电荷分布。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169100 A 3