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龙图腾网获悉天津大学;国网山东省电力公司超高压公司;平高集团有限公司申请的专利一种特高压GIL三支柱绝缘子绝缘裕度风险系数评估方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118690594B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-15发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410344214.4，技术领域涉及：G06F30/23；该发明授权一种特高压GIL三支柱绝缘子绝缘裕度风险系数评估方法是由梁虎成;董佳楠;杜伯学;郝留成;袁端鹏;王亚祥设计研发完成，并于2024-03-25向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种特高压GIL三支柱绝缘子绝缘裕度风险系数评估方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种特高压GIL三支柱绝缘子绝缘裕度风险系数评估方法。测量并获得环氧树脂氧化铝复合材料参数；建立三支柱绝缘子几何模型；建立电场、应力场控制方程；在三支柱绝缘子几何模型区域内迭代求解电场、应力场和能量方程；计算环氧树脂氧化铝复合材料击穿形状参数；导出能量分布至MATLAB中计算风险评估系数；获得三支柱绝缘子电场分布、应力分布、能量分布及击穿通道。本发明解决了在电、力载荷下评估三支柱绝缘子绝缘裕度风险系数的问题。

本发明授权一种特高压GIL三支柱绝缘子绝缘裕度风险系数评估方法在权利要求书中公布了：1.一种特高压GIL三支柱绝缘子绝缘裕度风险系数评估方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一，测量并获得材料参数 用环氧树脂氧化铝复合材料对三支柱绝缘子分别进行单轴拉伸和宽频介电谱试验，获得环氧树脂氧化铝复合材料参数，包括：环氧树脂氧化铝复合材料的弹性模量Y p、环氧树脂氧化铝复合材料的泊松比mu、环氧树脂氧化铝复合材料拉伸强度σ p、环氧树脂氧化铝复合材料的相对介电常数ε p，对不同厚度的环氧树脂氧化铝复合材料试样开展交流击穿试验并获得其击穿场强E b； 步骤二，建立三支柱绝缘子几何模型 基于COMOSL有限元软件建立1100kVHVAC-GIL三支柱绝缘子几何模型，并进行三支柱绝缘子几何模型网格剖分；其中，三支柱绝缘子几何模型包括沿同轴线由内而外依次嵌置的高压导体、三支柱绝缘子、外壳，三支柱绝缘子的三个端部和壳体之间均设置有金属嵌件； 步骤三，计算三支柱绝缘子总能量 （1）建立电场控制方程 电场强度根据静电场的泊松方程求解： 式中，ε r是三支柱绝缘子材料的相对介电常数；E是电场强度，kVmm；是电势，kV； 边界条件：高压导体的电位设置为1100kV，外壳接地； （2）建立应力场控制方程 假设三支柱绝缘子材料是线性弹性材料，应力分布根据胡克定律求解： 式中，σ是法向应力，Pa；T是剪切应力，Pa；ν和分别是法向应力和剪切应力下的弹性变形；Y是三支柱绝缘子材料弹性模量，Pa；G是三支柱绝缘子材料剪切模量Pa； 边界条件：高压导体承受重力作用，金属嵌件设置为固定约束； （3）计算总能量 基于上述控制方程计算电场和应力分布，并根据下式计算总能量W： 其中，W ele为静电能，Pa；W mec是应变能，Pa； 假设三支柱绝缘子为具有介电常数的线性电介质，W ele由下式给出： 其中ε 0是真空的相对介电常数； 应变能W mec取决于正应变能W mec1和剪切应变能W mec2的最大值，其表示为： 步骤四，计算击穿模型形状参数 击穿是由内部缺陷发展而成的，假设电介质中任意一区域产生缺陷，则该缺陷在电-力场作用下则会导致电介质形成击穿通道，因此，可以通过电介质产生缺陷的概率来计算电介质发生击穿的概率；电介质内某一区域产生缺陷的概率服从威布尔分布： 其中W为该区域能量；W c0为尺寸d 0下的临界击穿能量；β为形状参数； 存在一电介质厚度为d，在两电极之间分割成n层区域，每个区域长度为d 0，则n=dd 0；在两电极之间某一条路径上任意一个或多个区域产生缺陷时，则会发生击穿，那么该电介质发生击穿的概率为： 其中W i为第i个区域的总能量； 对于进行击穿测试的平板试样，其内部电场为均匀电场，则上式简化为： 经过等式变换，上式可推导为: 公式中指数的分母W c0·n -1β可以体现出击穿能量随厚度增加而降低的变化趋势，符合试验规律，因此，厚度为d的临界击穿能量W c可以表达为： 根据上述测得的环氧树脂氧化铝复合材料击穿场强E b和厚度d的关系： 临界击穿能量W c可根据实验测得的击穿场强E b计算而得： 因此，根据公式（12）和（14）相等可得： 根据环氧树脂氧化铝击穿场强与厚度关系，利用拟合公式（13）获得β； 步骤五，计算三支柱绝缘子风险评估系数 （1）导出总能量W数据 在COMSOL软件中计算总能量W（x，y，z，W i），然后导出数据；W包含4列数据，分别是x坐标，y坐标，z坐标，总能量值W i； （2）映射总能量W数据 在MATLAB中构建一个m×n×p的3维零矩阵Data，将COMSOL中导出的总能量W中的第四列数据W i数据映射到矩阵Data中；映射规则：首先，将各方向坐标分割成若干个区间，即x方向分割m个区间（x 1，x 2，……，x m），y方向分割n个区间（y 1，y 2，……，y n），z方向分割p个区间（z 1，z 2，……，z p）；然后，如果W（x，y，z）中的数据W i对应的坐标符合区间坐标时，将W i数据映射到Data矩阵对应位置上，并记录对应位置数据数量，最终取各个区间内数据平均值即3维矩阵Data的行、列、层数可对应W t数据中的x，y，z坐标，Data矩阵内的数值对应W t能量值；其中，m=x max-x mindx，n=y max-y mindy，p=z max-z mindz；x max和x min分别为W（x，y，z，W i）中的坐标x最大和最小值，dx为x坐标步长；y max和y min分别为W（x，y，z，W i）中的坐标y最大和最小值，dy为y坐标步长;z max和z min分别为W（x，y，z，W i）中的坐标z最大和最小值，dz为z坐标步长； （3）计算三支柱绝缘子风险系数 首先，在z方向上，以矩阵Data中第1层的第1个数据（即Data1，1，1）为起点，寻找在矩阵中第2层中第1层正下方相邻的9个数据中的最小值，记录该值及其位置；接着，寻找在第3层中第2层最小值数据正下方相邻的9个数据中的最小值，记录该值及其位置；以此类推，获得所有层中的最小值及其位置；以此类推，获得以Data中第1层中的m×n个数据为起点m×n条路径上的值及其对应位置；比较出所有路径中能量数据的累计值最小值和对应位置，根据公式（2）计算出绝缘子最大风险系数； （4）构建击穿路径 将最大风险系数路径的位置坐标导入到COMSOL中，构建最大风险系数的击穿路径。

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