本發明涉及金屬異物對gis設備危害分析，尤其涉及一種金屬異物對gis設備的危害仿真分析方法。

背景技術：

1、氣體絕緣開關設備（gis）在生產、運行、安裝和維護等全壽命周期都可能產生金屬異物。金屬異物在gis中的運動，或其在盆式絕緣子表面的吸附，就會導致局部電場畸變，引發氣體擊穿，甚至可能造成沿盆式絕緣子閃絡，降低設備運行可靠性。

2、具體而言，金屬異物對gis的影響可分為四個方面：

3、1、當金屬異物在盆式絕緣子附近運動時，可能對盆式絕緣子表面引入電荷而影響絕緣的穩定性；

4、2、當金屬異物落在楔形氣隙的表面時，會影響氣隙的屏蔽效果，導致原有電場分布發生極大的畸變；

5、3、當金屬異物吸附在盆式絕緣子表面時，會縮短盆式絕緣子沿面的絕緣距離，并引入額外的電荷；

6、4、在金屬異物下落過程中，在高壓導體附近可能產生拉弧的風險。

7、綜上金屬異物大大降低了gis設備運行可靠性。但是現有技術缺少針對金屬異物的危害性分析，不利于全面評估和預防潛在風險。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種金屬異物對gis設備的危害仿真分析方法，解決上述技術問題。

2、為實現上述目的，本發明提供了一種金屬異物對gis設備的危害仿真分析方法，包括以下步驟：

3、s1、利用電磁仿真軟件建立gis母線模型；

4、s2、設置仿真場景：確定金屬異物的材質、形狀和設置位置；

5、s3、執行電場仿真：在步驟s2確定的每個仿真場景下，運行仿真程序，繪制場強分布圖以及多個運行場景下的場強對比圖；

6、s4、基于步驟s3繪制的場強分布圖和場強對比圖，查找在不同材質、形狀和設置位置的金屬異物下電場強度最高點；

7、s5、基于電場強度最高點判斷金屬異物對gis母線模型的危害程度。

8、優選的，在步驟s1中，利用comsol多物理場仿真軟件對550kv直流gis縮比試驗用等尺寸模型gis母線段進行仿真建模，獲得gis母線模型，且gis母線模型包括接地外殼、空氣域、設置于接地外殼內側中間位置的盆式絕緣子以及分別設置于盆式絕緣子兩側的兩個高壓導體；

9、空氣域用于容納氣體絕緣介質，提供絕緣性能。

10、優選的，接地外側的材質為鋁合金，正切熱膨脹系數為21.4/k，密度為2700kg/m3；

11、氣體絕緣介質為sf6氣體，密度為26.08kg/m3，相對介電常數為1.002；

12、盆式絕緣子的材質為環氧樹脂膠，密度為1673kg/m3，相對介電常數為4。

13、優選的，步驟s2所述的金屬異物的材質為鋁或者鐵，形狀為塊狀、線狀或者球狀，設置位置為盆式絕緣子與高壓導體之間的交界處、盆式絕緣子的表面或者盆式絕緣子與接地外殼之間的氣隙。

14、優選的，金屬異物嵌入盆式絕緣子表面。

15、因此，本發明采用上述一種金屬異物對gis設備的危害仿真分析方法，具有的有益效果為：

16、1、精確建模與仿真：利用comsol多物理場仿真軟件，能夠準確模擬gis母線模型中的電場分布，且通過仿真軟件，可以詳細地分析不同材質、形狀和位置的金屬異物對gis設備的影響，從而提高仿真的精度；

17、550kv直流gis縮比試驗用等尺寸模型：采用與實際設備等比例縮小的模型進行仿真，確保仿真結果具有較高的參考價值，能夠更好地反映實際情況；

18、2、全面的參數設置：詳細的材料參數：明確了接地外殼、氣體絕緣介質（sf6）、盆式絕緣子的具體材質及其物理特性（如密度、熱膨脹系數、相對介電常數等），這些參數的精確設定使得仿真結果更加可靠，能夠更真實地反映實際工況；

19、多樣的金屬異物類型：考慮了多種材質（鋁、鐵）和形狀（塊狀、線狀、球狀）的金屬異物，并且設定了不同的放置位置（如盆式絕緣子與高壓導體之間的交界處、盆式絕緣子表面或氣隙），這種多樣性有助于全面評估不同類型金屬異物對gis設備的危害程度；

20、3、危害程度評估：基于電場強度最高點判斷危害：通過繪制場強分布圖和對比圖，找到不同情況下電場強度最高的點，進而評估金屬異物對gis設備的危害程度，這種方法不僅能夠直觀展示金屬異物的影響，還能為后續的安全措施提供科學依據；

21、嵌入盆式絕緣子表面的特殊情況：特別指出金屬異物嵌入盆式絕緣子表面的情況，這可能是最危險的情形之一，因為盆式絕緣子是gis設備中重要的絕緣部件，任何破壞都可能導致嚴重的故障，通過仿真分析，可以提前發現并預防這類潛在風險。

22、4、通過對金屬異物影響的仿真分析，可以幫助工程師優化gis設備的設計和安裝方案，避免在關鍵部位引入可能引發問題的金屬異物。

23、綜上，本發明所述一種金屬異物對gis設備的危害仿真分析方法，能夠通過精確的建模和仿真，全面評估金屬異物對gis設備的危害，從而為電力系統的安全穩定運行提供有力保障；通過這種方式，不僅可以提前發現潛在問題，還可以優化設備設計和維護策略，減少故障發生的可能性，提升電力系統的整體可靠性。

24、下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

技術特征：

1.一種金屬異物對gis設備的危害仿真分析方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種金屬異物對gis設備的危害仿真分析方法，其特征在于：在步驟s1中，利用comsol多物理場仿真軟件對550kv直流gis縮比試驗用等尺寸模型gis母線段進行仿真建模，獲得gis母線模型，且gis母線模型包括接地外殼、空氣域、設置于接地外殼內側中間位置的盆式絕緣子以及分別設置于盆式絕緣子兩側的兩個高壓導體；

3.根據權利要求2所述的一種金屬異物對gis設備的危害仿真分析方法，其特征在于：接地外側的材質為鋁合金，正切熱膨脹系數為21.4/k，密度為2700kg/m3；

4.根據權利要求3所述的一種金屬異物對gis設備的危害仿真分析方法，其特征在于：步驟s2所述的金屬異物的材質為鋁或者鐵，形狀為塊狀、線狀或者球狀，設置位置為盆式絕緣子與高壓導體之間的交界處、盆式絕緣子的表面或者盆式絕緣子與接地外殼之間的氣隙。

5.根據權利要求4所述的一種金屬異物對gis設備的危害仿真分析方法，其特征在于：金屬異物嵌入盆式絕緣子表面。

技術總結
本發明公開了一種金屬異物對GIS設備的危害仿真分析方法，屬于金屬異物對GIS設備危害分析領域，包括以下步驟：S1、利用電磁仿真軟件建立GIS母線模型；S2、設置仿真場景：確定金屬異物的材質、形狀和設置位置；S3、執行電場仿真：運行仿真程序，繪制場強分布圖以及多個運行場景下的場強對比圖；S4、基于步驟S3繪制的場強分布圖和場強對比圖，查找在不同材質、形狀和設置位置下的電場強度最高點；S5、基于電場強度最高點判斷金屬異物對GIS母線模型的危害程度。采用上述金屬異物對GIS設備的危害仿真分析方法，能夠通過精確的建模和仿真，全面評估金屬異物對GIS設備的危害，從而為電力系統的安全穩定運行提供有力保障。

技術研發人員：李傳揚,蘇偉,劉博,張添源,張楚巖,李騰飛,蘇文
受保護的技術使用者：山東泰開高壓開關有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24