1.一种高压交流GIL管廊在线监测及温度状态判别方法,其特征在于:包括如下步骤:S1:对经过分段后的高压交流GIL管廊的每个线段进行数据采集和传输,采集的数据包括高压交流GIL管廊的SF6气体状态、壳体温度、线路热伸缩变形和局部放电四种数据信号;S2:建立有限元模型,利用包含电磁场、流体场以及温度场的多物理场耦合计算方法迭代求解数学模型,以电磁场计算的焦耳热损耗作为温度场的热源,分析热传导、对流传热以及热辐射三种传热方式,并且施加边界条件,得到正常运行状态下的壳体温度,选取壳体温度数据,通过对比计算出的壳体温度和采集的壳体温度数据,判断各段管廊的实时温度是否处于正常状态;S3:根据高压交流GIL管廊的每个线段的SF6气体状态、壳体温度、线路热伸缩变形和局部放电四种数据信号以及步骤S2得到的温度状态判别结果,综合分析GIL管廊实时状态;所述步骤S2中多物理场耦合计算方法迭代求解数学模型的具体步骤是:1)电磁场数值计算GIL导体和壳体上产生的焦耳热损耗是温度场计算的热源,故首先通过电磁场方程组分析求解GIL的焦耳热损耗;求解电磁场主要是依靠麦克斯韦提出的方程组,包括安培环路定律、高斯磁通定律、高斯电通定律、法拉第电磁感应定律,其积分表达式分别如下:因为 和 都与求解域中的介质特性有关,因此麦克斯韦方程组需要补充描述介质性质的方程,方程如下:式中:ε为介电常数;μ为磁导率;σ电导率;上述方程构成了求解GIL电磁场的基本方程,给定电流和电荷,结合定解条件即可求得电磁场各物理量;GIL的焦耳热损耗是壳体和导体热损耗之和;导体焦耳热损耗计算时,由于壳体接地的屏蔽作用,GIL导体邻近效应系数为1且阻抗较小,因此不考虑不平衡电流对计算的影响,只需考虑集肤效应;考虑到温度对材料电阻率的影响,导体或壳体电阻可表示为ρ m (T)=ρ 20 [1+α 20 (T-293.15)] (7)式中,R i 为导体或外壳电阻,Ω/m;K f 为集肤效应系数;ρ m (T)为导体或壳体材料电阻率;S i 为导体或壳体的横截面积,m 2 ;ρ 20 为导体或壳体材料在20℃时的电阻率;α 20 为导体或壳体材料在20℃时的电阻温度系数;T为热力学温度;壳体热损耗计算时,由于工频电流的电磁感应,GIL壳体中会出现两种感应电流,即由于壳体接地引起的壳体环流和壳体横截面内的涡流,因GIL为全连式结构,所以涡流损耗在工程计算中可以忽略。研究的GIL长度超过20米,因此壳体电磁感应环流应取为导体通入电流的有效值,且与导体额定电流方向相反;导体与壳体单位体积下的焦耳热损耗可用式(8)、(9)表示:式中:P dv 、P kv 为单位体积焦耳热功率,W/m 3 ;I d 为导体电流,A;I k 为壳体感应电流,当单相GIL长度小于20米时,取I k =0.95I d ,长度大于20米时,取I k =I d ,A;R d 、R k 为式(6)所求电阻值,Ω/m;S d 、S k 为导体和壳体的横截面面积,m 2 ;2)温度场数值计算a)GIL热交换过程Q kF 为壳体热辐射散热量,Q kD 为壳体空间自然对流散热量,Q dF 为导体热辐射散热量,Q dD 为导体自然对流散热量,Q kcd 为壳体内部热传导热量,由此可知,GIL的热量传递过程综合了热传导、对流传热以及热辐射三种传热方式;b)热传导傅立叶方程描述热传导,热流密度指单位时间内通过物体单位截面的热量,热流量密度与温度的负梯度成正比表明热传导过程服从热力学第二定律,其表达式如(10)所示;式中,q n 为热流密度,W/m 2 ;常数k n 为导热系数或热传导率,是表征材料导热性能的参数,W/(m·k); 为物体表面法线方向的温度梯度,K/m;c)自然对流传热所述流体均为气体,自然对流传热的牛顿冷却公式表达式为:q=hΔt (11)式中,Δt为壁面温度与流体温度的温差,约定永远取正值,K;h为对流换热系数,W/(m 2 ·K);d)热辐射辐射方式传递的热量为:Φ=ε 1 A 1 σ”(T 1 4 -T 2 4 ) (12)式中,Φ为辐射换热量,W;A 1 为表面1的面积,m 2 ;T 1 ,T 2 为表面温度,K;ε 1 为物体1的表面发射率;σ”为黑体辐射常数,σ”=5.67×10 -8 W/(m 2 ·k 4 );GIL固体域传热方式为热传导,而流体域传热以对流和辐射为主,在GIL内部绝缘气体流速较低时,温度场计算必须考虑到热辐射的影响;e)换热边界条件根据假设空气层最外边界Γ 1 温度不受GIL温度场影响,符合第一类边界条件:GIL壳体外表面Γ 2 上热辐射与对流传热并存,为非线性边界条件;引入流体场分析,对流传热自动迭代求解,因此该边界条件可以表述为:导体与SF6气体分界面Γ 3 给定面对面热辐射边界: 。
2.根据权利要求1所述的一种高压交流GIL管廊在线监测及温度状态判别方法,其特征在于:所述步骤S1中高压交流GIL管廊分成的线段具体包括补偿线段、直线线段、上升线段、转角线段、下降线段以及定向线段。
3.根据权利要求1所述的一种高压交流GIL管廊在线监测及温度状态判别方法,其特征在于:所述步骤S1中SF6气体状态、壳体温度、线路热伸缩变形和局部放电四种数据信号的监测方法分别为:所述SF6气体状态检测分为纯度检测和湿度检测,检测使用电化学传感器法检测电信号值的变化,湿度检测使用露点法测量露点温度;所述壳体温度选择红外测温传感器作为在线监测传感器,将红外测温探头安装在壳体表面;所述线路热伸缩变形监测选择电阻式应变片电测法;所述局部放电在线监测选用特高频法。
4.根据权利要求1所述的一种高压交流GIL管廊在线监测及温度状态判别方法,其特征在于:所述步骤S3中综合分析GIL管廊实时状态的具体方式为:将SF6气体状态、壳体温度、线路热伸缩变形和局部放电四种数据信号以及得到的温度状态判别结果传输至诊断系统,通过诊断系统对GIL管廊实时状态进行综合分析。
5.根据权利要求4所述的一种高压交流GIL管廊在线监测及温度状态判别方法,其特征在于:所述诊断系统对GIL管廊实时状态的分析过程为:所述诊断系统对接收到的SF6气体状态、壳体温度、线路热伸缩变形和局部放电四种数据信号进行分析和录波,将分析处理后的数据以及接收到的温度状态判别结果与数据库中存储的非正常运行状态数据模型进行数据比对,得到GIL管廊实时状态的分析结果。
6.一种计算机存储介质,其特征在于:所述计算机存储介质存储有一种高压交流GIL管廊在线监测及温度状态判别方法的程序,所述一种高压交流GIL管廊在线监测及温度状态判别方法的程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1~5中任一项所述的一种高压交流GIL管廊在线监测及温度状态判别方法的步骤。