CN106126819B - 一种隔离开关触头形状的优化方法 - Google Patents

一种隔离开关触头形状的优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106126819B
CN106126819B CN201610472600.7A CN201610472600A CN106126819B CN 106126819 B CN106126819 B CN 106126819B CN 201610472600 A CN201610472600 A CN 201610472600A CN 106126819 B CN106126819 B CN 106126819B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chamfering
switch
head shapes
value
analysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610472600.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106126819A (zh
Inventor
张辑
陈丽安
刘成
郑丽娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University of Technology
Original Assignee
Xiamen University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University of Technology filed Critical Xiamen University of Technology
Priority to CN201610472600.7A priority Critical patent/CN106126819B/zh
Publication of CN106126819A publication Critical patent/CN106126819A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106126819B publication Critical patent/CN106126819B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种隔离开关触头形状的优化方法。其特征在于先采用ANSYS Maxwell平台对隔离开关进行静电场仿真分析，然后对隔离开关触指进行参数化分析，再编写最小二乘法曲线拟合程序处理参数化取得的数值从而求取电场极值点，求得的电场极值点的倒角值即为最优倒角值。按最优倒角值对隔离开关触指进行倒角可获得最终的优化后的隔离开关触头形状，从而实现隔离开关触头结构的优化，进而优化隔离开关结构，以达到降低隔离开关电场强度进而降低隔离开关绝缘故障的效果。

Description

一种隔离开关触头形状的优化方法
技术领域
本发明涉及电力设备结构优化领域，尤其是一种隔离开关触头形状的优化方法。
背景技术
隔离开关是非常重要的开关设备，在中压开关设备以及电网线路中得到普遍使用，尤其在电网线路的发电部分和变电部分起关键性作用。因此，若其出现绝缘部分缺陷，将对整个配电网络产生严重影响。
为保障输电线路的稳定运行，需要对隔离开关进行电场分析。目前，电场分析方法大致可分为两大类，即基于微积分方程的分析方法。在基于微分方程的分析方法中包括有限元法；在基于积分方程的分析方法中有模拟电荷法、表面电荷法和边界元法。对于以模拟电荷法为代表的积分方程分析方法，由于它前处理过程中涉及的多为模拟电荷位置的确定，并且要加入较多的人为控制因素，因此在三维场域中对模拟电荷的定位是极为复杂的工作。
因此，有必要寻找一种较为简便易操作的隔离开关电场分析方法，进而优化隔离开关结构，从而降低隔离开关的绝缘故障。
发明内容
于是本发明提出一种隔离开关触头形状的优化方法，用以优化隔离开关结构，降低其绝缘故障。
本发明所采用的技术方案是：一种隔离开关触头形状的优化方法，包括以下步骤：
步骤S1，隔离开关触头建立3D模型。
步骤S2，隔离开关触头静电场仿真分析：对步骤S1导入的模型进行仿真，隔离开关电场计算是以有限元为理论基础，其仿真过程如下：
S21，模型预处理：将建立好的触头模型文件导入ANSYS软件中，处理形成有限元分析模型，并画出圆柱形的空气域，所画空气域要比触头本身的半径大五倍；
S22，添加激励：在触头上设置为高电位，空气域为零电势，从而得到电场强度分布；
S23，求解及后处理：取多个截面的电场强度分布。
步骤S3，隔离开关触指参数化分析：通过上述步骤S2的仿真分析，得到电场强度最大点的坐标在触指上。
步骤S4，对触指进行参数化倒角，并编写最小二乘法的曲线拟合程序求取电场极值点，其过程如下：
S41，先对触指进行倒角，再将倒角的数值设为参数t，设定参数t的范围；同时在触指上取若干个顶点，分别求解计算这若干个点的场强随倒角大小变化的曲线；
S42，由S41中的曲线图分别取这若干个点的最小电场强度值及对应的倒角值；
S43，采用MATLAB的最小二乘法曲线拟合程序分析处理S42中所取得的数值，得到一个曲线的正值最低点，即电场极值点，此点的倒角值即为最优倒角值。
步骤S5，根据上述模型，及倒角，计算获得最终的优化后的隔离开关触头形状。
所述隔离开关触头静电场仿真分析采用ANSYS Maxwell平台；
所述隔离开关触指参数化分析的数值采用最小二乘法的曲线拟合程序来处理；
所述最小二乘法曲线拟合程序，设置高次函数插值，生成高次曲线；
所述步骤S4中，将倒角的数值设为参数t，根据实际需要设定步长，确定倒角数值范围。
本发明的有益效果：
1.利用ANSYS Maxwell平台软件对隔离开关进行有限元仿真，较模拟电荷法对电场的分析具有计算效率高、结果直观、前剖分处理方便等优点；
2.对倒角参数化分析，数据直观可靠；
3.最小二乘法的曲线拟合程序设置高次函数插值，生成高次曲线，提高了求取电场极值点的效率及准确性；
4.利用静电场仿真计算其表面的电场强度分布，可以准确的计算其最大场强位置；
5.可以优化隔离开关设计，有利于找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗及其成本；
6.方法具有灵活性，适用于不同型号隔离开关的不同工程问题。
附图说明
图1为本发明一种隔离开关触头形状的优化方法的方法流程；
图2为本发明实施例的隔离开关触头模型示意图；
图3为本发明实施例静电场仿真的触头中间截面电场强度分布；
图4为本发明实施例静电场仿真的场强随倒角大小变化的曲线；
图5为本发明实施例最小二乘法曲线拟合图；
图6为本发明实施例110kV隔离开关主要技术参数；
图7为本发明实施例的最小电场强度值及对应的倒角大小数值。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明使用于中压及高压隔离开关触头形状的优化，本实施例以110kV隔离开关为例，作具体说明。
如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤S1，隔离开关触头建模：
根据图6隔离开关的技术参数，建立3D模型。为了简化后期的分析过程，只将触头部分导入至ANSYS平台，模型如图2所示，使得分析过程更加有针对性。
步骤S2，静电场仿真：
对步骤S1导入的3D模型进行仿真。隔离开关电场计算是以有限元为理论基础，其仿真过程如下:
S21，模型预处理:
将SolidWorks软件建立好的触头模型导出形成xt文件格式，导入到ANSYS软件中进行处理，初步的布尔运算，形成一个Part，形成有限元分析模型。ANSYS Maxwell只能画方形的空气域，而由于隔离开关的分析的特殊性，需要自己画圆柱形的空气域，注意所画空气域要比触头本身的半径大五倍。
S22，添加激励：
在实际运行中，由于主导电的触头为高电位，大地为低电位，会产生电场强度，仿真过程为了模拟实际的条件，给模型添加激励，即在触头上设置为高电位，空气域为零电势，从得到电场强度分布。
S23，求解及后处理：
在初步模型处理后，给模型添加材料和激励，就可以进行求解运算，分别用坐系取多个截面，但由于研究内容的缘故，本发明只取一个截面的电场强度分布，如图3所示。
步骤S3，参数化分析：
通过上述步骤S2的仿真分析，获取最大电场强度的坐标，用探针可取横截面上电场强度的最大点，其出现在触指上，所以，优化触指的结构将极大的降低最大电场强度。
取触头中间截面查看电场强度分布结果，如图3，通过仿真软件的计算，得到最大点的坐标为(0.140，-0.041，-0.052)，再用探针在截面上标示最大场强点，该点的位置在触指上，其值为7.0870*106V/m。
步骤S4，触指倒角：
由前面仿真结果可知分别在触指上会出现电场强度最大点，所以先对触指进行倒角，数值为0.01mm，再将倒角的数值设为参数t，设步长为0.1mm，倒角数值范围为0.01-1.5mm；同时在触指上取八个顶点，分别求解计算这八个点的场强随倒角大小变化的曲线，如图4所示。
由前面参数化分析得到的折线图，分别取八个点的最小电场强度值及对应的倒角大小值，如图7所示。
读取了八个折线图的最小场强及对应的倒角值后，采用MATLAB的最小二乘法曲线拟合分析处理参数化所取得的数值，设置6次函数插值。将求得到一个曲线的最低点，
运行以下MATLAB程序代码：
t＝0.5:0.001:1；％6次函数的x
x＝[0.73 0.71 0.81 0.93 0.91 0.62 0.89 0.88]；％原始数据
y＝[5.601 7.500 3.375 4.180 3.210 4.10 6.4 8.1]；
[p0,s]＝polyfit(x,y,6)；％采用最小二乘法拟合，6次函数插值，p0为系数
F＝polyval(p0,t)；％生成6次函数的y
plot(x,y,’r*’，t,f)；％绘图
axis([0.58 .95 -5 9.511])；
grid on
如图5所示，得到一个曲线的最低点为(0.639，-1.498)，但是，电场强度的数值不能为负，所以应该舍去，应取该曲线的第二个最低点(0.779，1.101)，即最小场强的倒角应为0.779mm，即为最优目标，即取此倒角的数值下，其场强的数值相对较低，从而达到减小平均电场强度，优化触头结构的效果。
步骤S5，根据上述模型，及倒角，计算获得最终的优化后的隔离开关触头形状：将原来隔离开关的触指各倒角0.779mm，即可得到最终的优化后的隔离开关触头形状。
如上分析，对隔离开关触指进行适度倒角后，可达到优化结构的效果。从而优化隔离开关结构，进而降低隔离开关的绝缘故障。
本发明涉及的一种隔离开关触头形状优化方法采用的是基于微分方程的有限元分析方法，利用ANSYS有限元分析仿真软件对隔离开关进行仿真，并通过一系列方法进行优化，达到本发明的最终目的。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种隔离开关触头形状的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1，隔离开关触头建模：隔离开关触头建立3D模型；
步骤S2，隔离开关触头静电场仿真分析：对步骤S1导入的模型进行仿真，隔离开关电场计算是以有限元为理论基础，其仿真过程如下：
S21，模型预处理：将建立好的触头模型文件导入ANSYS软件中，处理形成有限元分析模型，并画出圆柱形的空气域，所画空气域要比触头本身的半径大五倍；
S22，添加激励：在触头上设置为高电位，空气域为零电势，从而得到电场强度分布；
S23，求解及后处理：取多个截面的电场强度分布；
步骤S3，隔离开关触指参数化分析：通过上述步骤S2的仿真分析，得到电场强度最大点的坐标在触指上；
步骤S4，对触指进行参数化倒角，并编写最小二乘法的曲线拟合程序求取电场极值点，其过程如下：
S41，先对触指进行倒角，再将倒角的数值设为参数t，设定参数t的范围；同时在触指上取若干个顶点，分别求解计算这若干个点的场强随倒角大小变化的曲线；
S42，由S41中的曲线图分别取这若干个点的最小电场强度值及对应的倒角值；
S43，采用MATLAB的最小二乘法曲线拟合程序分析处理S42中所取得的数值，得到一个曲线的正值最低点，即电场极值点，此点的倒角值即为最优倒角值；
步骤S5，根据上述模型，及倒角，计算获得最终的优化后的隔离开关触头形状。
2.如权利要求1所述的一种隔离开关触头形状的优化方法，其特征在于：隔离开关触头静电场仿真分析采用ANSYS Maxwell平台。
3.如权利要求1所述的一种隔离开关触头形状的优化方法，其特征在于：隔离开关触指参数化分析的数值采用最小二乘法的曲线拟合程序来处理。
4.如权利要求3所述的一种隔离开关触头形状的优化方法，其特征在于：最小二乘法曲线拟合程序设置高次函数插值，生成高次曲线。
5.如权利要求1所述的一种隔离开关触头形状的优化方法，其特征在于：步骤S4中，将倒角的数值设为参数t，根据实际需要设定步长，确定倒角数值范围。
CN201610472600.7A 2016-06-24 2016-06-24 一种隔离开关触头形状的优化方法 Expired - Fee Related CN106126819B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610472600.7A CN106126819B (zh) 2016-06-24 2016-06-24 一种隔离开关触头形状的优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610472600.7A CN106126819B (zh) 2016-06-24 2016-06-24 一种隔离开关触头形状的优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106126819A CN106126819A (zh) 2016-11-16
CN106126819B true CN106126819B (zh) 2019-03-15

Family

ID=57266330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610472600.7A Expired - Fee Related CN106126819B (zh) 2016-06-24 2016-06-24 一种隔离开关触头形状的优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106126819B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106682305B (zh) * 2016-12-26 2019-10-29 中国西电电气股份有限公司 一种降低开关操动机构绝缘拉杆瞬态冲击载荷的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104392049A (zh) * 2014-11-26 2015-03-04 国家电网公司 一种gis隔离开关高频电弧电阻模型建模方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020049614A1 (en) * 2000-05-23 2002-04-25 Rice Marion R. Image signatures with unique watermark ID

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104392049A (zh) * 2014-11-26 2015-03-04 国家电网公司 一种gis隔离开关高频电弧电阻模型建模方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GW16(17)隔离开关防水方法研究与实践;孙亚辉;《高压电器》;20160216;第52卷(第2期);全文

Also Published As

Publication number Publication date
CN106126819A (zh) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103810739B (zh) 一种图像文字变形动画的生成方法
CN104316894B (zh) 一种电能表实际运行环境的仿真校验方法
CN107767453B (zh) 一种基于规则约束的建筑物lidar点云重构优化方法
CN108802665A (zh) 用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源及检测方法
CN103675629B (zh) 基于电场特征量的电极起晕电压预测方法
CN104156546B (zh) 基于t样条的汽车覆盖件模具的形面再设计方法
CN105468868B (zh) 基于有限元法的橡胶文胸钢圈结构设计方法
CN104462715B (zh) 一种基于Bezier函数的光伏电池输出特性的建模方法
CN110879918A (zh) 一种基于模拟电荷法的交流输电线路电磁环境的仿真计算方法
CN108649562A (zh) 一种基于苍狼算法的电力系统负荷建模参数辨识方法
CN106126819B (zh) 一种隔离开关触头形状的优化方法
CN109858161A (zh) 一种基于Midas建模和Matlab转换的Abaqus网格划分方法
CN107516115B (zh) 一种基于k-中心点算法的负荷模型典型参数提取方法
CN110363677B (zh) 一种覆冰输电线路找形方法
CN103887792A (zh) 一种含分布式电源的低压配电网建模方法
CN112613215A (zh) 一种盆式绝缘子优化方法
CN103942397A (zh) 基于幂函数的修形齿轮数字化建模方法
CN103700129A (zh) 一种任意人头与任意人体的3d结合方法
CN103077554B (zh) 基于节单位的作物交互式设计方法和系统
CN104883121B (zh) 基于功率‑电压拟合曲线的光伏电池控制方法
CN103019389B (zh) 手势辨识系统及手势辨识方法
CN104091023B (zh) 一种在电磁场棱边单元法中施加规范的方法
CN109408927A (zh) 一种基于黑盒传输线模型的二维静磁场并行有限元加速方法
CN104091039A (zh) 一种复合绝缘子耐压分析计算方法
CN205319715U (zh) 一种分布式能源规划平台

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190315

Termination date: 20210624