一种基于表面梯度电导的超导GIL绝缘子电场均化方法与流程

本发明属于高压设备设计及其制造领域，具体涉及一种基于表面梯度电导的超导gil绝缘子电场均化方法。

背景技术：

迄今为止，高温超导(hts)技术由于其诸多优点引起了广泛关注。同时，气体绝缘线(gil)在实际应用中也取得了很大进展，其电气设计可称为hts系统中的超导气体绝缘传输线(s-gil)。根据传统gil的研究现状和运行经验，在直流电场下，电荷在长期运行时往往会集聚在绝缘体表面，高压电极、气相和绝缘子表面三结合点处的电场畸变将导致局部放电，甚至绝缘子沿面闪络，极大威胁了整个系统的安全运行。因此，迫切需要合适的绝缘设计以满足气态冷冻剂hts系统的要求。对圆台绝缘子进行表面设计，使其具有表层电导二维梯度分布，均化整体电场分布，为进一步提高gil绝缘子可靠性提供了新的思路，对于促进直流电力系统进一步发展意义重大。

实际电气系统中的圆台绝缘子多采用环氧树脂/al2o3复合材料，本发明针对圆台绝缘子，设计实现其表层电导梯度分布，从接地电极到高压电极呈现非线性增加，以均化圆台绝缘子的电场分布。研究表明，表层电导呈现梯度分布规律的环氧圆台绝缘子，电场分布均匀程度将明显提升。因此，设计表层电导梯度圆台绝缘子对于优化s-gil绝缘子的绝缘性能、提高输电系统整个可靠性有重要的理论价值和指导意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于表面梯度电导的超导gil绝缘子电场均化方法。根据梯度设计原理，环氧树脂绝缘子具有表层电导非线性增长的梯度分布，电场分布得到优化，提高了s-gil绝缘子的绝缘性能和输电系统整体可靠性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于表面梯度电导的超导gil绝缘子电场均化方法，包括以下步骤：

(1)建立绝缘子轴向坐标系；

(2)绝缘子表面电导率σ(z)与绝缘子轴向坐标z之间满足：σ(z)＝k(z-z0)²+σ0，其中k是需要在计算中优化的参数，s/m²；z0是绝缘子底面的坐标，m；σ0是绝缘体底部的表面电导率，s/m；

(3)将k分别设置为n个不同的值，n≥2；

(4)利用comsolmultiphysics软件中的ac/dc模块计算绝缘子在直流电压mkv下沿轴向的电场分布；

(5)根据仿真结果，在电场整体分布均匀度最高时，选取最优参数k，即构造出表面电导率最优梯度分布，此时均化电场的效果最好。

进一步的，圆台绝缘子表层电导为梯度分布，沿圆台绝缘子轴向从接地电极到高压电极呈现非线性增加。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明将环氧树脂绝缘子表面电导率分布进行梯度设计，得到表层电导呈非线性增长分布的绝缘子，调控了电场分布，达到提升绝缘子性能的目的。因此，本发明对优化gil系统中绝缘子的性能和输电系统整体安全性、可靠性有重要的价值和意义。

附图说明

图1是环氧树脂圆台绝缘子表面电导非线性增长的梯度分布。

图2是绝缘子电场分布图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于表面梯度电导的超导gil绝缘子电场均化方法，通过调控圆台绝缘子表层电导分布，以实现电场优化；圆台绝缘子表层电导为梯度分布，沿绝缘子轴向从接地电极到高压电极呈现非线性增加，见图1。具体实施步骤如下：

1.建立绝缘子轴向坐标系，轴向坐标z从绝缘子底面到上面增大，-4﹤z﹤0(cm)。

2.绝缘子表面电导率σ(z)与绝缘子轴向坐标z之间满足：σ(z)＝k(z-z0)²+σ0，其中k是需要在计算中优化的参数，s/m²；z0是绝缘子底面的坐标，m；σ0是绝缘体底部的表面电导率，s/m。

3.将k分别设置为8个不同的值：0、0.5e-19、1e-19、1.5e-19、2e-19、2.5e-19、3e-19、3.5e-19s/m²。

4.利用comsolmultiphysics软件中的ac/dc模块计算绝缘子在直流电压150kv下沿轴向的电场分布。

5.根据仿真结果，在电场整体分布均匀度最高时，选取最优参数k，即k＝1.5e-19s/m²时，表面梯度电导均化电场的效果最好，见图2。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种基于表面梯度电导的超导GIL绝缘子电场均化方法，通过调控圆台绝缘子表层电导分布，以实现电场优化；包括以下步骤：(1)建立绝缘子轴向坐标系；(2)绝缘子表面电导率σ(z)与绝缘子轴向坐标z之间满足：σ(z)＝k(z‑z0)2+σ0，其中k是需要在计算中优化的参数，S/m2；z0是绝缘子底面的坐标，m；σ0是绝缘体底部的表面电导率，S/m；(3)将k分别设置为n个不同的值，n≥2；(4)利用COMSOL Multiphysics软件中的AC/DC模块计算绝缘子在直流电压m kV下沿轴向的电场分布；(5)根据仿真结果，在电场整体分布均匀度最高时，选取最优参数k，即构造出表面电导率最优梯度分布，此时均化电场的效果最好。

技术研发人员：杜伯学;冉昭玉;李进
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2018.12.29
技术公布日：2019.03.19