一种GIS设备的寿命预测方法及装置与流程

本发明涉及gis设备，尤其是指一种gis设备的寿命预测方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switcher，gis)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，这些部件全部封闭在金属接地的外壳中。相较于传统设备，gis设备具有更为安全可靠的特点，其结构紧凑，占地面积小，极大地提高了设备的使用效率并节约了空间资源，在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用。

2、传统的gis设备维护策略主要依赖周期性检查和预防性维护，不仅成本高昂，而且往往无法准确预测gis设备故障或退化的时间点。并且，现有的gis设备监测系统多侧重于实时性能监控，缺乏对设备未来状态的预测能力，这限制了运维决策的前瞻性和准确性。因此，需要对gis设备的剩余寿命进行预测，以保证电力系统运行的可靠性以及避免资源的不必要浪费。

3、现有gis设备的寿命预测方法多构建gis设备的单一物理场模型，进行有限元仿真分析，而现实的gis设备使用中往往存在多种物理场相互影响的情况，仿真模型与实际工况中存在较大差距，导致单一物理场模型在寿命预测的准确度上存在误差。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中仿真模型只考虑单一物理场导致gis设备的寿命预测结果误差较大的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种gis设备的寿命预测方法，包括：

3、采集gis设备的运行参数，建立gis设备的参数化三维模型；

4、对gis设备的参数化三维模型进行网格划分；

5、设置gis设备的参数化三维模型中电场和温度场的边界条件后，基于gis设备的参数化三维模型进行电场、温度场和应力场的多物理场耦合，计算gis设备的参数化三维模型各位置的应力，得到gis设备的应力场分布；

6、将gis设备的应力场分布输入机器学习模型，预测gis设备达到故障阈值的时间，从而获得gis设备剩余寿命。

7、优选地，所述gis设备的运行参数包括电压等级、电流大小、盆式绝缘子的尺寸和材料以及环境温度。

8、优选地，利用三维cad软件建立gis设备的参数化三维模型，所述gis设备的参数化三维模型包括静法兰、动法兰、盆式绝缘子及其嵌件、母线外壳、中心导体与屏蔽罩的参数化三维模型；所述静法兰包括接地法兰。

9、优选地，对gis设备的参数化三维模型进行网格划分包括：在盆式绝缘子及其嵌件的连接处、中心导体与静法兰的连接处、中心导体与动法兰的连接处的网格单元的大小为0.00833，静法兰、动法兰、盆式绝缘子及其嵌件、母线外壳、中心导体与屏蔽罩的网格单元大小为0.0666。

10、优选地，gis设备的参数化三维模型中电场的边界条件包括：在盆式绝缘子和中心导体处施加高电位，在接地法兰处施加低电位，在中心导体中通入工频交流电。

11、优选地，gis设备的参数化三维模型中温度场的边界条件，包括：设置gis设备的参数化三维模型中温度场的内部热源包括中心导体通入电流时产生的焦耳热损耗以及母线外壳上产生的涡流损耗。

12、优选地，所述母线外壳上产生的涡流损耗通过建立单相gis盆式绝缘子的二维仿真模型计算得到。

13、优选地，gis设备的参数化三维模型中温度场的边界条件，还包括：

14、设置中心导体和母线外壳的内表面之间、母线外壳的外表面和空气之间均为对流辐射；

15、中心导体内部产生的焦耳热损耗以热传导的方式向中心导体外表面传导，再通过sf6气体的热对流将热量传递至空气中；所述sf6气体为母线外壳与中心导体所构成腔体内的填充气体；

16、中心导体外表面和盆式绝缘子的热量交换方式为热传导；

17、中心导体外表面上的热量通过热辐射传递至母线外壳的内表面，母线外壳的内表面以热传导的方式将热量传导至母线外壳的外表面；母线外壳的外表面通过热对流和热辐射将热量传递至空气中。

18、本发明还提供了一种gis设备的寿命预测装置，包括：

19、模型构建模块，用于采集gis设备的运行参数，建立gis设备的参数化三维模型；

20、网格划分模块，用于对gis设备的参数化三维模型进行网格划分；

21、应力分析模块，用于设置gis设备的参数化三维模型中电场和温度场的边界条件后，基于gis设备的参数化三维模型进行电场、温度场和应力场的多物理场耦合，计算gis设备的参数化三维模型各位置的应力，得到gis设备的应力场分布；

22、寿命预测模块，用于将gis设备的应力场分布输入机器学习模型，预测gis设备达到故障阈值的时间，从而获得gis设备剩余寿命。

23、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种gis设备的寿命预测方法的步骤。

24、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

25、本发明所述的一种gis设备的寿命预测方法，通过建立gis设备的参数化三维模型，基于gis设备的参数化三维模型进行电场、温度场和应力场的多物理场耦合仿真分析，全面考虑了热量传递机制，并以此设置gis设备的参数化三维模型的温度场边界条件，进而根据不同的gis设备的运行参数精确模拟出gis设备的温度场和应力场分布，最终利用机器学习模型预测gis设备的剩余寿命。本发明考虑多种物理场在gis设备的参数化三维模型中的相互作用，利用多物理场耦合提供更全面的gis设备信息，减少模型的不确定性，使得仿真分析的结果更接近真实情况，提高了仿真分析效率，进而提高了gis设备寿命预测的准确性。本发明不仅有助于详细评估gis设备在实际工作状态下的性能，同时也提高了gis设备维护管理的前瞻性和效率。

技术特征：

1.一种gis设备的寿命预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种gis设备的寿命预测方法，其特征在于，所述gis设备的运行参数包括电压等级、电流大小、盆式绝缘子的尺寸和材料以及环境温度。

3.根据权利要求1所述的一种gis设备的寿命预测方法，其特征在于，利用三维cad软件建立gis设备的参数化三维模型，所述gis设备的参数化三维模型包括静法兰、动法兰、盆式绝缘子及其嵌件、母线外壳、中心导体与屏蔽罩的参数化三维模型；所述静法兰包括接地法兰。

4.根据权利要求3所述的一种gis设备的寿命预测方法，其特征在于，对gis设备的参数化三维模型进行网格划分包括：在盆式绝缘子及其嵌件的连接处、中心导体与静法兰的连接处、中心导体与动法兰的连接处的网格单元的大小为0.00833，静法兰、动法兰、盆式绝缘子及其嵌件、母线外壳、中心导体与屏蔽罩的网格单元大小为0.0666。

5.根据权利要求3所述的一种gis设备的寿命预测方法，其特征在于，gis设备的参数化三维模型中电场的边界条件包括：在盆式绝缘子和中心导体处施加高电位，在接地法兰处施加低电位，在中心导体中通入工频交流电。

6.根据权利要求3所述的一种gis设备的寿命预测方法，其特征在于，gis设备的参数化三维模型中温度场的边界条件，包括：设置gis设备的参数化三维模型中温度场的内部热源包括中心导体通入电流时产生的焦耳热损耗以及母线外壳上产生的涡流损耗。

7.根据权利要求6所述的一种gis设备的寿命预测方法，其特征在于，所述母线外壳上产生的涡流损耗通过建立单相gis盆式绝缘子的二维仿真模型计算得到。

8.根据权利要求6所述的一种gis设备的寿命预测方法，其特征在于，gis设备的参数化三维模型中温度场的边界条件，还包括：

9.一种gis设备的寿命预测装置，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述一种gis设备的寿命预测方法的步骤。

技术总结本发明涉及GIS设备技术领域，尤其是指一种GIS设备的寿命预测方法及装置，包括：采集GIS设备的运行参数，建立GIS设备的参数化三维模型并进行网格划分；设置GIS设备的参数化三维模型中电场和温度场的边界条件；进行电场、温度场和应力场的多物理场耦合，计算GIS设备的参数化三维模型各位置的应力，得到GIS设备的应力场分布；将GIS设备的应力场分布输入机器学习模型，预测GIS设备的剩余寿命。本发明在通过考虑多种物理场在GIS设备的参数化三维模型中的相互作用，利用多物理场耦合提供更全面的GIS设备信息，使得仿真分析的结果更接近真实情况，提高了GIS设备寿命预测的准确性和效率。技术研发人员：王伟,徐玉东,李小婧,裴楚,白鹭,陈昱同,金瑞卿,宋建成,张彦杰,程胤璋,刘志翔,杨冬冬受保护的技术使用者：国网山西省电力公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/25