本技术介绍了一种模拟环保柜触点微观变化的温升建模方法。通过测量环保柜实物参数，简化结构并建立物理模型。实现电、热、流多物理场耦合，设定参数进行模拟，动态反映触点微观变化对温升的影响，为环保柜设计提供科学依据。
背景技术
气体绝缘开关设备(GIS)在电力系统有着非常广泛的应用。在高压GIS设备的研发和测试过程中，现场实验成本较高且存在安全风险。作为重要的研究手段，仿真提供了更安全的测试环境，有限元模拟能够在虚拟环境中还原各种过程，并且避免了实际试验过程中的高昂成本，减少资源浪费。
国内外研究人员通过仿真软件对各类开关设备进行多物理场耦合仿真，同时根据实际情况施加不同的边界条件，以此求解各工况下设备整体或局部的参数及分布规律，来作为设备改进的理论基础。充气柜的特点是气箱结构将一次回路部分密封，内部充入了微正压气体作为绝缘介质。这样的结构使环保柜在高海拔、潮湿、污染等极端环境下的适应能力更强，不易受环境因素的限制，适用范围更广。然而，这样的结构同时也导致了载流导体产出的热量难以排出，增大了GIS出现异常温升的概率。开关设备的温升异常和温升特性优化问题一直是技术难点，从仿真层面来看，需要保证有限元模拟的结果与实物实验的误差尽可能的小，采取多物理场耦合的仿真分析方法正是为了还原设备在不同条件运行下的真实状态，以此获得各工况下不同类型GIS设备整体或局部的参数及其分布规律。
研究人员通过积极开展多物理场仿真研究，尤其是电场与热场间的耦合仿真，全面地探讨GIS设备的性能。有限元仿真的研究流程通常为按要求考虑两到三个物理场，根据实际模型进行简化和构建，进行材料设置并按需合理划分网格，最后施加边界条件完成数值求解，分析仿真结果，以此来解决现实问题。对于设备中存在的问题，将建立于仿真的基础上进行分析，并提出科学合理的优化方法。有助于快速验证和修改设计方案，评估不同参数对系统行为的影响，确定最优设计参数，节约开发周期和时间成本。模拟出在实验室难以实现的极端条件，例如高温、高压等来探究开关柜在不同工况下的表现。通过仿真软件进行多物理场耦合及运行环境的模拟，有助于改进设备设计、预防潜在问题、确保电力系统的可靠供电。通过精确控制实验条件，包括环境、参数和变量，结合仿真的数值及图像结果来分析，加以实物对照进行验证，帮助研究者更好地理解环保柜的工作原理。
运行经验表明，由于GIS内部存在可分离接触点，最高温度通常分布在断路器触头附近。长期通断大电流会导致断路器触头表面结构发生显著变化，电流的收缩效应造成局部温度异常激增，甚至烧毁GIS内部组件。由接触面劣化引发的局部发热故障占所有GIS故障的29％，是最常见的故障类型。断路器通断电弧过程中，高温会导致触头金属部分熔化和汽化，这一劣化过程称为触头表明的电磨损。
传统的仿真方法大多基于电场和热场间的有限元耦合，探讨了不同型号设备的温度分布，但研究对象通常是以传统SF6气体为绝缘介质的GIS设备，对于新兴的环保气体绝缘充气柜研究并不充分，由于理化特性的不同，同样外界条件下，环保气体会有不同的表现；另一方面，接触电阻作为加剧温升的基本原因之一，其数值并非长期不变，而是随着运行时长的增加有所波动。对于温升异常的现象，相关研究多关注于提高外界通风和改善散热效率，却未从根本原因出发，研究电磨损对设备带来的持续影响。这一触头结构的劣化过程从结果上表现为接触电阻的持续增大，从而带来更高的焦耳热，在有考虑这一现象的研究中，大都采用了Holm公式。然而，实际上动、静触头间的触点并不是平坦的。在动触点和静触点分合过程中，电弧产生高温和火花，导致接触镀层材料的侵蚀和汽化，形成气体和等离子体，进一步增加表面粗糙。作为经验公式，对于这样复杂结构的接触面，Holm公式会引入不可忽略的误差，直接造成有限元仿真结果偏离真实值。
目前采用仿真方法模拟可分离式接触面的温升异常的研究中，主要存在如下的问题:
1)传统仿真中，接触面通常被简化为光滑、均匀的平面，假设接触状态理想化，忽略了实际表面存在的微观凹凸和接触点分布的不均匀性。实际接触面上仅有部分区域真正接触，且接触点分布受表面粗糙度和压力等因素影响，形成局部“热点”区域。这样的简化处理低估了接触电阻和局部温升，无法准确反映实际工作条件下的温度分布，尤其在高负载或长时间运行中，这种忽视可能导致温升异常的预测不足。
2)在现有研究中，针对接触面局部温升异常的研究往往仅限于短期模拟，忽略了长期运行对温升特性的影响。特别是在开合操作过程中，电弧现象对触点的长期损耗和劣化未被充分考虑。大多数研究集中在单一工况、固定参数和条件下进行仿真，而未能动态跟踪触点劣化过程中的温升变化。这种局限性导致现有研究未能全面捕捉设备在实际工作条件下的温升特性变化，无法有效预测长时间运行中可能出现的温升异常。
3)目前的仿真研究大多集中在传统气体绝缘开关柜上，通常采用高全球变暖潜力(GWP)的SF6
气体作为绝缘介质。其内部结构和材料选择也多沿用传统设计，缺乏对环保型材料和结构的探索。这种局限性使得传统研究无法适应日益增长的环保需求和新型材料的应用场景。
为更深入地探讨电磨损这一劣化过程对设备整体温升的持续影响，需要开发准确的温升建模方法，来评估触点微观变化的过程。
实现思路