基于介电功能梯度材料的盆式绝缘子电场分布优化基于介电功能梯度材料的盆式绝缘子电场分布优化：未知摘要：为改善盆式绝缘子沿面电场分布，以径向介电常数分布为对象，提出了一种通过识别沿面最大场强位置反馈更新介电常数分布的全局优化算法，实现了介电功能梯度材料盆式绝缘子参数优化设计.通过APDL语言，实现MATLAB与ANSYS联合仿真，研究了步长大小、分层数量等参数对优化结果的影响.结果表明：随着步长减小，沿面场强分布随迭代次数的变化更加平滑，介电常数区间范围增大.分层数目越多，径向介电常数分布越平滑，高压端介电常数值越大，沿面电场分布波动越小，最大场强降低幅度越大，可达70.5%.盆式绝缘子场强集中区域从高、低电极和三结合点处往中间转移，上、下表面电场利用率均达到0.75以上.研究结果为盆式绝缘子优化设计提供了参考.关键词：盆式绝缘子；介电功能梯度材料；步长；分层数量；沿面电场利用率：TM854文献标志码：AAbstract：Inthiswork，thedielectricfunctionallygradedmaterial（εFGM）wasinitiallyemployedtoimprovetheelectricfielddistributionalongspacersurface.Takingthepermittivitydistributionastheobject，aglobaloptimizationalgorithmwasproposedinthispaper，whichusesdthemaximumelectricstressasafeedbacktoupdatethepermittivitydistribution.UsingtheAPDLlanguageincorporatedinANSYScombinedwithMATLAB，theinfluencesofsteplengthandlayernumberonthefieldwerestudied.Theresultsshowthattheelectricstressalongspacersurfacebecomessmootherwiththedecreaseofsteplengthandtheincreaseofiterationnumber.Correspondingly，thepermittivityrangeissignificantlyenlarged.Thehighelectricfieldareaofspacerisshiftedfromtheelectrodeandtriplejunctiontothemiddlepart，andtheutilizationratioalongtheloweranduppersurfacereaches0.75.Theresultsprovideusefulreferencesforspacerdesign.Keywords：spacers；dielectricfunctionallygradedmaterial；steplength；layernumber；utilizationrateofsurfaceelectricfield气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）具有占地面积小、运行可靠、维护方便等特点，在电力系统中获得了广泛应用.随着电压等级的提升和系统容量的不断增大，GIS设备逐渐趋于小型化，设备故障量迅速增多.盆式绝缘子在GIS中起着支撑导体、隔离气室和电气绝缘的作用，是GIS中最薄弱的环节[1].统计数据表明，盆式绝缘子沿面放电在GIS故障中占有相当大的比例[2].---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---为改善盆式绝缘子沿面电场分布，降低沿面放电和击穿的概率，通常采用形状优化的方式来实现.该措施常使得盆式绝缘子结构异常复杂且制造困难.功能梯度材料（FunctionallyGradedMaterials，FGM）最早由日本学者提出，它由两种或两种以上材料通过物理或化学方法复合而成，构成材料的要素可沿特定方向由一侧向另一侧连续变化，从而使得材料的性质和功能呈现梯度变化[3].介电功能梯度材料（εFGM）的出现为盆式绝缘子电场优化提供了新的途径，仅需通过对材料介电常数进行调制，即可达到优化电场的目的.近年来国内外学者针对εFGM开展了探索研究.文献[4-5]制作了径向介电常数呈U型分布的盆式绝缘子，并进行了实验，有效降低了高、低压电极交界面处的场强；文献[6]综合考虑绝缘子高压端优化区域尺寸与介电常数取值得到优化的介电常数分布，降低了三结合点处场强，提高了击穿电压；文献[7]为降低三结合点处场强，对不同的介电常数递减方案进行了对比，结果表明，径向介电常数分布先线性递减后保持为常数的分布方案，其电场优化效果最佳；文献[8]采用一种逐次逼近算法对盘式、盆式、台式等式样绝缘子的参数分布进行了优化，研究了缩减系数、叠层数以及ε调节范围等参数对优化效果的影响；文献[9]引入了拓扑优化的概念，对台式绝缘子二维空间中介电常数分布进行优化时，最大介电常数取100时，三结合点处场强降幅达到42%；文献[10]将台式绝缘子划分成不同的三角形区域，采用权重线性递减粒子群算...