CN117332617B - 气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法。该方法包括：根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，并根据相对运动状态得到金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息；根据绝缘子表面的电极覆膜的厚度、结构参数和金属微粒运动的电场强度阈值，利用电场强度分布仿真模型，得到在绝缘子覆膜的情况下金属微粒与绝缘子之间的距离阈值；根据距离阈值和集中降落区域信息，得到金属微粒陷阱的目标布放位置；在目标布放位置安装金属微粒陷阱，用于抑制金属微粒在气体绝缘开关设备母线气室内的运动。

Description

气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法。

背景技术

气体绝缘开关设备是由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成的使用六氟化硫等气体来绝缘和保护电力系统的电气设备。

在气体绝缘开关母线气室的生产制造环节以及设备运行等过程不可避免进入金属微粒，金属微粒的运动会导致气体绝缘开关母线气室内绝缘子附近出现畸变的电场，进而影响气体绝缘开关母线气室的性能。

在实现本发明的构思中，发明人发现相关技术中对金属微粒的抑制效果较差。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法。

本发明提供了一种气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法，包括：

根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与上述气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，并根据相对运动状态得到上述金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息；

根据上述绝缘子表面的电极覆膜的厚度、上述结构参数和上述金属微粒运动的电场强度阈值，利用电场强度分布仿真模型，得到在上述绝缘子覆膜的情况下上述金属微粒与上述绝缘子之间的距离阈值；

根据上述距离阈值和上述集中降落区域信息，得到金属微粒陷阱的目标布放位置；

在上述目标布放位置安装上述金属微粒陷阱，用于抑制上述金属微粒在上述气体绝缘开关设备母线气室内的运动。

根据本发明的实施例，上述根据上述绝缘子表面的电极覆膜的厚度、上述结构参数和上述金属微粒运动的电场强度阈值，利用电场强度分布仿真模型，得到在上述绝缘子覆膜的情况下，上述金属微粒与上述绝缘子之间的距离阈值，包括：

根据上述绝缘子表面的电极覆膜的厚度和上述结构参数，利用电场强度分布仿真模型，得到在上述绝缘子覆膜的情况下，上述金属微粒与上述绝缘子之间的距离与上述电场强度的关联关系；

基于上述关联关系和上述金属微粒运动的电场强度阈值，得到上述距离阈值。

根据本发明的实施例，上述基于上述关联关系和上述金属微粒运动的电场强度阈值，得到上述距离阈值，包括：

基于上述关联关系，确定在上述绝缘子覆膜的情况下，上述电场强度随上述金属微粒与上述绝缘子之间的距离的变化趋势；

基于上述变化趋势和上述金属微粒运动的电场强度阈值，将与上述电场强度阈值对应的上述金属微粒与上述绝缘子之间的距离，确定为上述距离阈值。

根据本发明的实施例，上述根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与上述气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，得到上述金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息，包括：

根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与上述气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，得到上述金属微粒在碰撞绝缘子后的降落位置的概率分布信息；

根据上述概率分布信息，得到上述金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息。

根据本发明的实施例，上述根据上述概率分布信息，得到上述金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息，包括：

基于概率分布阈值，从上述概率分布信息中确定与上述概率分布阈值对应的集中降落区域信息。

根据本发明的实施例，上述根据上述概率分布信息，得到上述金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息，包括：

基于上述概率分布信息，确定与最高概率对应的上述金属微粒在碰撞绝缘子后的目标降落位置；

以上述目标降落位置为中心，向靠近上述绝缘子的方向移动预设步长，得到第一临界位置；

以上述目标降落位置为中心，向远离上述绝缘子的方向移动预设步长，得到第二临界位置；

根据上述第一临界位置和上述第二临界位置，得到上述集中降落区域信息。

根据本发明的实施例，上述电极覆膜为引入苯硫醚结构的聚酰亚胺。

根据本发明的实施例，上述电极覆膜的制备方法包括：

在氮气保护下，将二胺基二苯醚与二胺基二苯硫醚溶解于二甲基乙酰胺中，在预设温度下反应预设时长得到聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液；

将上述聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液均匀涂于玻璃片上，经真空干燥，得到上述电极覆膜。

根据本发明的实施例，上述金属微粒陷阱包括楔形陷阱。

根据本发明的实施例，上述金属微粒陷阱由楔型贯穿性槽孔构成。

根据本发明的实施例，通过结合电极覆膜，先从整体上降低金属微粒的运动产生的场强；再通过仿真模拟金属微粒在碰撞绝缘子之后的集中降落位置，定向布放金属微粒陷阱，从而提高对金属微粒运动的抑制效果。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的气体绝缘开关设备母线气室内绝缘子处电极覆膜与金属微粒陷阱协同布置的装置示意图；

图2示出了根据本发明实施例的气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法的流程图；

图3示出了根据本发明实施例的金属微粒降落位置的示意图；

图4示出了根据本发明实施例的不同覆膜厚度金属微粒与绝缘子之间的距离和电场强度的示意图；

图5示出了根据本发明实施例的微粒陷阱附件电场分布示意图；以及

图6示出了根据本发明实施例的不同情况下金属微粒的抑制参数对比示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。

相关技术中，仅靠单一类型气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒抑制手段抑制设备内部金属微粒。例如，单独在电极表面镀一层绝缘膜，抑制金属微粒启举，但绝缘子处电场畸变严重，金属微粒仍有概率运动至绝缘子表面造成绝缘子沿面闪络。还可以使用单独微粒陷阱抑制金属微粒，微粒陷阱可在气体绝缘开关设备母线气室内形成一个低电场区，当金属微粒运动到低电场区时，金属微粒所受到的电场力将减小，从而捕获金属微粒，但金属微粒陷阱抑制范围有限。

有鉴于此，本发明提供了一种气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法，包括：根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，得到金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息；根据绝缘子表面的电极覆膜的厚度、结构参数和金属微粒运动的电场强度阈值，利用电场强度分布仿真模型，得到在绝缘子覆膜的情况下金属微粒与绝缘子之间的距离阈值；根据距离阈值和集中降落区域信息，得到金属微粒陷阱的目标布放位置；在目标布放位置安装金属微粒陷阱，用于抑制金属微粒在气体绝缘开关设备母线气室内的运动。

图1示出了根据本发明实施例的气体绝缘开关设备母线气室内绝缘子处电极覆膜与金属微粒陷阱协同布置的装置示意图。

如图1所示，装置100包括气体绝缘开关设备母线气室腔体外壳110、圆柱导体120、盆式绝缘子130、金属微粒陷阱140及引入苯硫醚结构的聚酰亚胺覆膜150。

根据本发明的实施例，可以利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与盆式绝缘子130之间的相对运动状态，得到金属微粒与盆式绝缘子130碰撞之后的集中降落区域信息，利用电场强度仿真模型得到的盆式绝缘子130覆膜情况下金属微粒与盆式绝缘子130之间的距离阈值，根据金属微粒的集中降落区域信息与距离阈值确定金属微粒陷阱140的目标布放位置，金属微粒陷阱140的布放可以抑制金属微粒在气体绝缘开关设备母线气室内的运动，进而提高气体绝缘开关设备母线气室的绝缘性。

图2示出了根据本发明实施例的气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法的流程图。

如图2所示，该实施例的气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法200包括操作S210~操作S240。

在操作S210，根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，并根据相对运动状态得到金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息。

在操作S220，根据绝缘子表面的电极覆膜的厚度、结构参数和金属微粒运动的电场强度阈值，利用电场强度分布仿真模型，得到在绝缘子覆膜的情况下金属微粒与绝缘子之间的距离阈值。

在操作S230，根据距离阈值和集中降落区域信息，得到金属微粒陷阱的目标布放位置。

在操作S240，在目标布放位置安装金属微粒陷阱，用于抑制金属微粒在气体绝缘开关设备母线气室内的运动。

根据本发明的实施例，绝缘子可以是盆式绝缘子。

根据本发明的实施例，气体绝缘开关设备母线气室的结构参数可以包括电极覆膜、气体绝缘开关设备母线气室腔体外壳内半径、绝缘子倾角、金属微粒长度及金属微粒半径。

根据本发明的实施例，金属微粒可以随机碰撞气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子，且金属微粒与气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子碰撞落地之后还可以弹起再次降落发生碰撞。

根据本发明的实施例，金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息可以表征金属微粒与绝缘子碰撞之后的降落位置分布区域。

根据本发明的实施例，绝缘子表面的电极覆膜可以是不同厚度。例如，覆膜厚度可以是50μm、100μm、150μm及200μm等。

根据本发明的实施例，金属微粒运动的电场强度阈值可以表征金属微粒的起举临界电压对应的起举临界电场强度。

根据本发明的实施例，覆膜情况下金属微粒的起举临界电压的计算，公式（1）如下：

（1）

其中，表示绝缘子不覆膜的情况下金属微粒的起举临界电压，/>表示绝缘子介电常数，引入苯硫醚结构的聚酰亚胺的介电常数为3.5。

根据本发明的实施例，绝缘子覆膜的情况下金属微粒与绝缘子之间的距离阈值可以表征绝缘子覆膜的情况下金属微粒与绝缘子的距离最大值。在金属微粒与绝缘子的距离大于距离阈值的情况下，金属微粒不会发生起举。在金属微粒与绝缘子的距离小于或等于距离阈值的情况下，金属微粒会发生起举。

根据本发明的实施例，金属微粒陷阱可以布放在金属微粒初次降落的集中降落区域信息。

根据本发明的实施例，可以根据距离阈值和集中降落区域信息，得到金属微粒陷阱的目标布放位置，例如，距离阈值为300mm，集中降落区域信息为250mm至350mm，金属微粒陷阱的长度为100mm的情况下，金属微粒陷阱的目标布放位置可以是200mm至300mm。

根据本发明的实施例，在目标布放位置安装金属微粒陷阱的情况下，金属微粒陷阱可以增加进入微粒陷阱金属微粒的动能损耗。因此可以抑制金属微粒在气体绝缘开关设备母线气室内的运动。

根据本发明的实施例，金属微粒运动所受的力可以包括库仑力、重力、浮力、电场梯度力和气体阻力等作用力。

根据本发明的实施例，通过结合电极覆膜，先从整体上降低金属微粒的运动产生的电场强度；再通过仿真模拟金属微粒在碰撞绝缘子之后的集中降落位置，定向布放金属微粒陷阱，从而提高了对金属微粒运动的抑制效果。

根据本发明的实施例，根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，得到金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息，包括：根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，得到金属微粒在碰撞绝缘子后的降落位置的概率分布信息；根据概率分布信息，得到金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息。

根据本发明的实施例，金属微粒的降落位置的概率分布信息可以是正态分布的。

根据本发明的实施例，可以根据金属微粒的降落位置的正态分布情况，得到金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息。

根据本发明的实施例，金属微粒的集中降落区域信息可以是根据需求确定的金属微粒的降落位置范围。

根据本发明的实施例，利用金属微粒运动仿真模型，可以得到金属微粒的运动轨迹。可以使用仿真软件计算气体绝缘开关设备母线气室的电场分布情况，进而基于电场分布情况，使用仿真软件计算金属微粒的运动轨迹。例如，计算气体绝缘开关设备母线气室的电场分布情况的仿真软件可以包括COMSOL Multiphysics软件等，计算金属微粒的运动轨迹的仿真软件可以包括MATLAB软件等。

根据本发明的实施例，金属微粒的碰撞反射随机角的计算，如下公式（2）

（2）

其中，mu表示均值，sigma表示标准差，v表示金属微粒入射速度，θ₀表示金属微粒入射角度，lognrnd表示生成对数正态分布随机数的函数，θ表示金属微粒的碰撞反射随机角。

金属微粒的受力计算，如下公式（3）

（3）

其中，G表示金属微粒重力，m表示金属微粒质量，g表示重力加速度，表示库仑力，q表示金属微粒带电量，E表示金属微粒位置处电场强度，/>表示金属微粒所受气体阻力，r表示金属微粒半径，/> 表示气体阻力系数，v表示金属微粒的运动速度，/>表示电场梯度力，/>表示电场梯度。

根据本发明的实施例，通过得到的金属微粒的集中降落区域信息，根据金属微粒的集中降落区域信息和距离阈值，可以准确确定金属微粒陷阱的目标布放位置，进而提高了金属微粒的抑制作用。

图3示出了根据本发明实施例的金属微粒降落位置的示意图。

根据本发明的实施例，在体绝缘开关设备母线气室腔体外壳内径为440mm，圆柱导体半径为90mm，盆式绝缘子倾角为45度，金属微粒半径为0.1mm，气体绝缘开关设备母线气室内充满0.5MPa的纯六氟化硫，金属微粒放置在体绝缘开关设备母线气室腔体底部，受库仑力、重力、浮力、电场梯度力及气体阻力的共同作用的情况下，得到金属微粒的降落位置分布情况。如图3所示，横轴表示金属微粒的降落位置，纵轴表示金属微粒降落位置在某一点的概率。图3中每点包括了相邻5mm范围内数据，金属微粒的降落位置呈正态分布，主要集中在金属微粒距离绝缘子距离280mm附近，在金属微粒的降落位置在距离绝缘子距离270mm至275mm范围内，出现金属微粒降落位置最大概率为13.72%。

根据本发明的实施例，根据概率分布信息，得到金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息，包括：基于概率分布阈值，从概率分布信息中确定与概率分布阈值对应的集中降落区域信息。

根据本发明的实施例，概率分布阈值可以根据需求定制。例如，金属微粒的降落位置的概率分布信息可以为正态分布，在正态分布中金属微粒降落位置的概率分布阈值为出现概率在大于4%的情况下，可以确定集中降落区域信息为金属微粒与绝缘子的距离在200mm至350mm。

根据本发明的实施例，基于概率分布阈值，可以从概率分布信息中确定与概率分布阈值对应的集中降落区域信息，进而确定金属微粒的降落位置分布情况，可以提高金属微粒陷阱布放区域信息的准确性。

根据本发明的实施例，根据概率分布信息，得到金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息，包括：基于概率分布信息，确定与最高概率对应的金属微粒在碰撞绝缘子后的目标降落位置；以目标降落位置为中心，向靠近绝缘子的方向移动预设步长，得到第一临界位置；以目标降落位置为中心，向远离绝缘子的方向移动预设步长，得到第二临界位置；根据第一临界位置和第二临界位置，得到集中降落区域信息。

根据本发明的实施例，最高概率可以是正态分布中出现概率的平均值。

根据本发明的实施例，目标降落位置可以是最高概率对应的金属微粒的降落位置对应的金属微粒与绝缘子的距离。

根据本发明的实施例，向靠近绝缘子的方向移动的预设步长，得到第一临界位置的预设步长与向远离绝缘子的方向移动的预设步长，得到第二临界位置的预设步长可以是相同的也可以是不同的。例如，得到第一临界位置的预设步长可以为80mm，得到第二临界位置的预设步长可以为100mm。

根据本发明的实施例，可以结合第一临界位置和第二临界位置，得到布放区域信息。例如，目标降落位置在金属微粒与绝缘子距离为280mm，第一临界位置在金属微粒与绝缘子距离为200mm，第二临界位置在金属微粒与绝缘子距离为380mm的情况下，布放区域信息可以是在金属微粒与绝缘子距离200mm至380mm范围内。

根据本发明的实施例，通过目标降落位置与第一临界位置和第二临界位置，可以确定金属微粒陷阱布放区域信息，进而可以限制金属微粒的运动，提高了气体绝缘开关设备母线气室的绝缘性。

根据本发明的实施例，根据绝缘子表面的电极覆膜的厚度、结构参数和金属微粒运动的电场强度阈值，利用电场强度分布仿真模型，得到在绝缘子覆膜的情况下，金属微粒与绝缘子之间的距离阈值，包括：根据绝缘子表面的电极覆膜的厚度，利用电场强度分布仿真模型，得到在绝缘子覆膜的情况下，金属微粒与绝缘子之间的距离与电场强度的关联关系；基于关联关系和金属微粒运动的电场强度阈值，得到距离阈值。

根据本发明的实施例，利用电场强度仿真模型，可以得到在绝缘子覆膜的情况下，金属微粒与绝缘子之间的距离与电场强度的关联关系。

根据本发明的实施例，金属微粒运动的电场强度阈值可以是金属微粒的起举临界场强。

根据本发明的实施例，金属微粒与绝缘子之间的距离与电场强度的关联关系和金属微粒运动的电场强度阈值的交点对应的金属微粒与绝缘子之间的距离即为距离阈值。在金属微粒与绝缘子的距离大于距离阈值的情况下，使用绝缘子覆膜即可有效抑制金属微粒。在金属微粒与绝缘子的距离小于或等于距离阈值的情况下，需要绝缘子覆膜和金属微粒陷阱共同抑制金属微粒。

图4示出了根据本发明实施例的金属微粒与不同覆膜厚度绝缘子之间的距离和电场强度的关联关系的示意图。

如图4所示，横轴表示金属微粒与绝缘子的距离，纵轴表示金属微粒距离绝缘子某一距离的电场强度。在绝缘子覆膜厚度为50μm的情况下，金属微粒与绝缘子之间的距离和电场强度呈负相关关系，即，金属微粒越靠近绝缘子的区域，电场强度越大，随着金属微粒与绝缘子的距离逐渐增大，电场强度逐渐减小并趋于稳定，在金属微粒与绝缘子之间的距离为280mm的情况下，可以达到金属微粒的起举临界场强，且在金属微粒与绝缘子之间的距离大于280mm的情况下，金属微粒的场强一直保持稳定在金属微粒的起举临界场强的下方，在且在金属微粒与绝缘子之间的距离大于280mm的情况下，可以只通过绝缘子覆膜即可有效抑制金属微粒。

如图4所示，绝缘子覆膜厚度为100μm，150μm和200μm的情况下，绝缘子覆膜厚度与电场强度呈正相关关系，金属微粒与绝缘子之间的距离和电场强度呈负相关关系。即，在金属微粒与绝缘子的距离固定的情况下，随着绝缘子覆膜厚度增加，电场强度也会增加；在同一绝缘子覆膜厚度的情况下，金属微粒越靠近绝缘子的区域，电场强度越大，随着金属微粒与绝缘子的距离逐渐增大，电场强度逐渐减小并趋于稳定。在金属微粒与绝缘子之间的距离为280mm的情况下，可以达到金属微粒的起举临界场强，且在金属微粒与绝缘子之间的距离大于280mm的情况下，金属微粒的场强一直保持稳定在金属微粒的起举临界场强的下方。因此，可以确定金属微粒的临界电压与绝缘子覆膜厚度没有直接关系。

根据本发明的实施例，利用定金属粒子与绝缘子的距离与距离阈值的大小，可以确定金属微粒使用绝缘子覆膜抑制还是绝缘子覆膜与金属微粒陷阱共同抑制，提高了金属微粒抑制的效率。

根据本发明的实施例，基于关联关系和金属微粒运动的电场强度阈值，得到距离阈值，包括：基于关联关系，确定在绝缘子覆膜的情况下，电场强度随金属微粒与绝缘子之间的距离的变化趋势；基于变化趋势和金属微粒运动的电场强度阈值，将与电场强度阈值对应的金属微粒与绝缘子之间的距离，确定为距离阈值。

根据本发明的实施例，金属微粒与绝缘子之间的距离与电场强度的关联关系可以是负相关关系。

根据本发明的实施例，在绝缘子覆膜的情况下，电场强度随金属微粒与绝缘子之间的距离的变化趋势为电场强度随金属微粒与绝缘子之间的距离逐渐增大，电场强度逐渐减小并趋于平稳。

根据本发明的实施例，可以通过变化趋势和金属微粒运动的电场强度的阈值，将与电场强度阈值对应的金属微粒与绝缘子之间的距离，确定为距离阈值。例如，金属微粒运动的电场强度阈值为1.9，在变化趋势趋于电场强度阈值1.9的情况下，与电场强度阈值对应的金属微粒与绝缘子之间的距离280mm，确定为距离阈值。

根据本发明的实施例，确定距离阈值的情况下，可以得到金属微粒陷阱的布放位置，进而进一步提高了金属微粒的限制。

根据本发明的实施例，在覆膜的情况下，可以通过金属微粒陷阱附近的电场强度确定气体绝缘开关设备母线气室体内的绝缘性。

图5示出了根据本发明实施例的微粒陷阱附近电场分布示意图。

根据本发明的实施例，金属微粒与盆式绝缘子碰撞后的降落位置布放金属微粒陷阱的情况下，金属微粒可以被金属微粒陷阱捕获，金属微粒陷阱可以与气体绝缘开关设备母线气室腔体外壳共同构造低电场区域，可以实现对金属微粒的限制。

如图5所示，横轴表示金属微粒与绝缘子的距离，纵轴表示金属微粒与绝缘子某一距离的电场强度。在无金属微粒陷阱的情况下，电场强度一直恒定存在且不为0，在有金属微粒陷阱的情况下，在金属微粒陷阱的布放位置，轴向电场强度和径向电场强度均为0，且在靠近金属微粒陷阱的方向电场强度的绝对值逐渐减小。因此，金属微粒陷阱可以抑制金属微粒的运动，进而减小电场强度，从而提高提高气体绝缘开关设备母线气室的绝缘性。

根据本发明的实施例，电极覆膜为引入苯硫醚结构的聚酰亚胺。

根据本发明的实施例，引入苯硫醚结构的聚酰亚胺可以保证稳定性的同时可有效提升聚酰亚胺薄膜与铝合金电极的粘附能力。

根据本发明的实施例，引入苯硫醚结构的聚酰亚胺薄膜与传统的聚酰亚胺薄膜相比，引入苯硫醚结构的聚酰亚胺覆膜可以提高金属微粒的起举临界电压，进而提高了金属微粒的抑制。

根据本发明的实施例，电极覆膜的制备方法包括：

在氮气保护下，将二胺基二苯醚与二胺基二苯硫醚溶解于二甲基乙酰胺中，在预设温度下反应预设时长得到聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液；将聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液均匀涂于玻璃片上，经真空干燥，得到电极覆膜。

根据本发明的实施例，可以在玻璃容器中将二胺基二苯醚与二胺基二苯硫醚加入二甲基乙酰胺中并搅拌，使二胺基二苯醚与二胺基二苯硫醚充分溶解于二甲基乙酰胺中。例如，玻璃容器可以是三口瓶。

根据本发明的实施例，在预设温度为40℃，反应预设时长为10小时的情况下，可以得到粘稠的聚酰胺酸二甲基乙酰胺溶液，将粘稠的聚酰胺酸二甲基乙酰胺溶液均匀涂在洁净玻璃片上，将玻璃片放置于真空箱中进行除气处理，可以制得厚度为100μm的引入苯硫醚结构的聚酰亚胺薄膜。

根据本发明的实施例，可以根据需求设置不同预设温度和反应预设时长，来得到不同厚度的引入苯硫醚结构的聚酰亚胺薄膜，提高了获得不同电极覆膜厚度的效率。

根据本发明的实施例，金属微粒陷阱包括楔形陷阱。

根据本发明的实施例，金属微粒陷阱的基体材料可以是铝合金。

根据本发明的实施例，金属微粒陷阱由楔形贯穿性槽孔构成。

根据本发明的实施例，通过楔形陷阱内部结构可以增加金属微粒的动能损耗，进而限制进入楔形陷阱的金属微粒，避免金属微粒运动，从而提高了气体绝缘开关设备母线气室的绝缘性。

根据本发明的实施例，可以通过气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法的危险系数来评估该气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法的有效性。气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法的危险系数p的计算，如下公式（4）：

（4）

其中，表示具有绝缘威胁的金属微粒，l表示金属微粒的总数。

根据本发明的实施例，气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法的危险系数越小表明气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法效果越好。

图6示出了根据本发明实施例的不同情况下金属微粒的抑制参数对比示意图。

表1列出了本发明实施例的不同情况下金属微粒的抑制参数数据。

根据本发明的实施例，在气体绝缘开关设备母线气室内设置100μm引入苯硫醚结构的聚酰亚胺覆膜，在金属微粒与绝缘子距离270mm至280mm范围布放金属微粒陷阱的情况下，放置不同数量的金属微粒，记录金属微粒运动轨迹，并计算金属微粒危险评估参数，同时，设置无聚酰亚胺覆膜和金属微粒陷阱的无抑制措施的实验对照组。

如图6所示，是在无抑制措施、有抑制措施、单覆膜抑制及单微粒陷阱抑制情况下的金属微粒危险评估参数。其中，有抑制措施是指覆膜和金属微粒陷阱共同抑制。在相同金属微粒数量的情况下的金属微粒危险评估参数最小，单金属微粒抑制和单覆膜抑制的金属微粒危险评估参数比覆膜和金属微粒陷阱共同抑制的金属微粒危险评估参数大，无抑制措施的金属微粒危险评估参数最大。具体数据如表1所示。

例如，在金属微粒数量为10，无抑制措施的情况下，具有绝缘威胁金属微粒数量为6，根据危险系数的计算公式（4），可以得到危险系数为60%。在金属微粒数量相同，单覆膜抑制的情况下，具有绝缘威胁金属微粒数量是3，具有绝缘威胁金属微粒数量有所下降，可以得到危险系数为30%。在金属微粒数量相同，单金属微粒陷阱抑制的情况下，具有绝缘威胁金属微粒数量是5，可以得到危险系数为50%。由于单金属微粒陷阱只对金属微粒陷阱附近的金属微粒限制，因此危险系数数值下降较少。而在金属微粒数量相同，覆膜和金属微粒陷阱共同抑制的情况下，具有绝缘威胁金属微粒数量是1，可以得到危险系数为10%。因此，在覆膜和金属微粒陷阱共同抑制的情况下，具有绝缘威胁金属微粒数量明显降低。因此，覆膜和金属微粒陷阱共同抑制的方案可以有效抑制气体绝缘开关设备母线气室内部金属微粒，从而提高气体绝缘开关设备母线气室的绝缘性。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种气体绝缘开关设备母线气室内金属微粒运动的抑制方法，其特征在于，包括：

根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与所述气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，并根据所述相对运动状态得到所述金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息；

根据所述绝缘子表面的电极覆膜的厚度、所述结构参数和所述金属微粒运动的电场强度阈值，利用电场强度分布仿真模型，得到在所述绝缘子表面的电极覆膜的情况下所述金属微粒与所述绝缘子之间的距离阈值；其中，所述金属微粒运动的电场强度阈值表征所述金属微粒的起举临界电压对应的起举临界电场强度；

根据所述距离阈值和所述集中降落区域信息，得到金属微粒陷阱的目标布放位置；

在所述目标布放位置安装所述金属微粒陷阱，用于抑制所述金属微粒在所述气体绝缘开关设备母线气室内的运动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述绝缘子表面的电极覆膜的厚度、所述结构参数和所述金属微粒运动的电场强度阈值，利用电场强度分布仿真模型，得到在所述绝缘子覆膜的情况下，所述金属微粒与所述绝缘子之间的距离阈值，包括：

根据所述绝缘子表面的电极覆膜的厚度和所述结构参数，利用电场强度分布仿真模型，得到在所述绝缘子覆膜的情况下，所述金属微粒与所述绝缘子之间的距离与所述电场强度的关联关系；

基于所述关联关系和所述金属微粒运动的电场强度阈值，得到所述距离阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述关联关系和所述金属微粒运动的电场强度阈值，得到所述距离阈值，包括：

基于所述关联关系，确定在所述绝缘子覆膜的情况下，所述电场强度随所述金属微粒与所述绝缘子之间的距离的变化趋势；

基于所述变化趋势和所述金属微粒运动的电场强度阈值，将与所述电场强度阈值对应的所述金属微粒与所述绝缘子之间的距离，确定为所述距离阈值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与所述气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，得到所述金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息，包括：

根据气体绝缘开关设备母线气室的结构参数，利用金属微粒运动仿真模型，模拟金属微粒与所述气体绝缘开关设备母线气室内的绝缘子之间的相对运动状态，得到所述金属微粒在碰撞绝缘子后的降落位置的概率分布信息；

根据所述概率分布信息，得到所述金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述概率分布信息，得到所述金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息，包括：

基于概率分布阈值，从所述概率分布信息中确定与所述概率分布阈值对应的集中降落区域信息。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述概率分布信息，得到所述金属微粒在与绝缘子碰撞之后的集中降落区域信息，包括：

基于所述概率分布信息，确定与最高概率对应的所述金属微粒在碰撞绝缘子后的目标降落位置；

以所述目标降落位置为中心，向靠近所述绝缘子的方向移动预设步长，得到第一临界位置；

以所述目标降落位置为中心，向远离所述绝缘子的方向移动预设步长，得到第二临界位置；

根据所述第一临界位置和所述第二临界位置，得到所述集中降落区域信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极覆膜为引入苯硫醚结构的聚酰亚胺。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电极覆膜的制备方法包括：

在氮气保护下，将二胺基二苯醚与二胺基二苯硫醚溶解于二甲基乙酰胺中，在预设温度下反应预设时长得到聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液；

将所述聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液均匀涂于玻璃片上，经真空干燥，得到所述电极覆膜。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属微粒陷阱包括楔形陷阱。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述金属微粒陷阱由楔型贯穿性槽孔构成。