本發(fā)明涉及傳感器仿真，尤其是涉及一種變電站傳感器多物理場加速失效仿真方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展，變電站運行電壓從220kv增加到1100kv。電壓的不斷提高，使得變電站內(nèi)部的工作場強越來越高，造成內(nèi)部絕緣氣體擊穿而導(dǎo)致局部放電的概率也會越來越大。而局部放電傳感器可以有效檢測到放電強度，為及時修復(fù)設(shè)備提供了很大的幫助。但由于變電站通常會面臨較復(fù)雜的環(huán)境，環(huán)境中溫度，振動以及電磁干擾的影響，常常會導(dǎo)致變電站內(nèi)部的傳感器失效，使之無法及時準(zhǔn)確檢測放電，從而給變電站帶來較大的損失。這就對傳感器的環(huán)境適應(yīng)性、耐受性提出了更高的要求。

2、通常傳感器內(nèi)部的電路板會對溫度、振動、電磁等干擾較為敏感，首先空間的電磁場輻射作用在傳感器的電路板上會產(chǎn)生電磁損耗和渦流熱，其結(jié)果會導(dǎo)致傳感器部分芯片溫度過高影響其工作性能，嚴(yán)重者會失效；同時也會產(chǎn)生部分電磁力，直接對傳感器內(nèi)部的芯片或者電路板造成結(jié)構(gòu)的形變應(yīng)力，影響其功能。其次是環(huán)境中的溫度變化會導(dǎo)致傳感器內(nèi)部的芯片溫度升高，同時疊加上由于電磁場產(chǎn)生的渦流熱，長時間的高溫還會產(chǎn)生形變應(yīng)力，對芯片結(jié)構(gòu)和電路板卡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。最后環(huán)境中的振動也會導(dǎo)致傳感器內(nèi)部的電路板和器件受到不同方向的力的影響，其與電磁力、熱應(yīng)力疊加在一起，同樣會嚴(yán)重影響傳感器的功能，甚至使傳感器失效。因此，有必要對傳感器進(jìn)行多物理場耦合的失效研究，來評估其可靠性。對比文件cn110765685a公開了一種電抗器多物理場耦合的仿真方法、裝置及存儲介質(zhì)，該仿真方法實現(xiàn)對電抗器電磁-熱-流體耦合場分析。

3、通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：

4、對于傳感器在復(fù)雜環(huán)境中的研究局限于單個物理場，單物理場下傳感器的退化與失效不符合實際情況，因此需要研究多物理場耦合情況下傳感器的退化失效過程，來評估其可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了提供一種實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下多物理場仿真的變電站傳感器多物理場加速失效仿真方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種變電站傳感器多物理場加速失效仿真方法，包括以下步驟：

4、s1、獲取傳感器內(nèi)部電子組件的實體幾何模型；

5、s2、將所述實體幾何模型分別進(jìn)行單獨的溫度物理場和隨機振動物理場的仿真，分別得到單獨的溫度仿真結(jié)果和隨機振動仿真結(jié)果；

6、s3、將所述實體幾何模型依次進(jìn)行溫度物理場和隨機振動物理場的仿真，得到溫度-振動仿真結(jié)果；

7、s4、將所述實體幾何模型依次進(jìn)行電磁物理場、溫度物理場和隨機振動物理場的仿真，得到電磁-溫度-振動仿真結(jié)果；

8、s5、將所述電磁-溫度-振動仿真結(jié)果與單獨的溫度仿真結(jié)果和隨機振動仿真結(jié)果以及溫度-振動仿真結(jié)果進(jìn)行對比，得到多物理場的加速失效仿真結(jié)果；

9、其中，在各個物理場的仿真過程中施加的物理應(yīng)力均高于正常工作環(huán)境下的物理應(yīng)力。

10、進(jìn)一步地，所述傳感器內(nèi)部電子組件包括芯片和電路板卡。

11、進(jìn)一步地，所述傳感器內(nèi)部電子組件的實體幾何模型通過犀牛軟件進(jìn)行建立。

12、進(jìn)一步地，進(jìn)行單獨的溫度物理場仿真的步驟包括：

13、s201、將所述實體幾何模型輸入瞬態(tài)熱模塊；

14、s202、對所述實體幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到多個幾何部分，并對每個幾何部分進(jìn)行材料設(shè)置；

15、s203、對瞬態(tài)熱仿真邊界進(jìn)行設(shè)置，并進(jìn)行熱求解；

16、s204、若熱求解結(jié)果不準(zhǔn)確，則返回步驟s12，若熱求解結(jié)果準(zhǔn)確，則將所述熱求解結(jié)果作為溫度仿真結(jié)果。

17、進(jìn)一步地，設(shè)置瞬態(tài)熱仿真邊界的步驟包括：

18、設(shè)置隨時間變化的溫度；

19、設(shè)置所述實體幾何模型與氣體環(huán)境的對流換熱系數(shù)。

20、進(jìn)一步地，所述進(jìn)行單獨的溫度物理場仿真步驟還包括：

21、s205、將所述溫度仿真結(jié)果作為載荷輸入瞬態(tài)結(jié)構(gòu)模塊，并將所述實體幾何模型同步到所述瞬態(tài)結(jié)構(gòu)模塊中；

22、s206、對瞬態(tài)仿真邊界進(jìn)行設(shè)置，并進(jìn)行瞬態(tài)求解；

23、s207、若瞬態(tài)求解結(jié)果不準(zhǔn)確，則返回步驟s16，若瞬態(tài)求解結(jié)果準(zhǔn)確，則將所述瞬態(tài)求解結(jié)果作為瞬態(tài)仿真結(jié)果。

24、進(jìn)一步地，進(jìn)行單獨的隨機振動物理場仿真的步驟包括：

25、s211、將所述實體幾何模型輸入隨機振動模塊；

26、s212、將對所述實體幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到多個幾何部分，并對每個幾何部分進(jìn)行材料設(shè)置；

27、s213、對隨機振動仿真邊界進(jìn)行設(shè)置，并進(jìn)行隨機振動求解；

28、s214、若隨機振動求解結(jié)果不準(zhǔn)確，則返回步驟s212，若隨機振動求解結(jié)果準(zhǔn)確，則將隨機振動求解結(jié)果作為隨機振動物理場仿真結(jié)果。

29、進(jìn)一步地，設(shè)置隨機振動仿真邊界步驟包括：

30、添加6階模態(tài)，并將所述實體幾何模型與外界接觸的固定面設(shè)置為固定支撐，同時設(shè)定psd加速度作為隨機振動仿真的施加條件。

31、進(jìn)一步地，所述得到溫度-振動仿真結(jié)果的步驟包括：

32、s301、將所述實體幾何模型輸入瞬態(tài)熱模塊進(jìn)行溫度物理場仿真，得到溫度物理場仿真結(jié)果；

33、s302、將所述溫度物理場仿真結(jié)果作為載荷輸入隨機振動模塊，并將所述實體幾何模型同步到所述隨機振動模塊中進(jìn)行隨機振動物理場仿真，得到初始的溫度-振動仿真結(jié)果；

34、s303、將所述初始的溫度-振動仿真結(jié)果與所述單獨的溫度仿真結(jié)果和隨機振動仿真結(jié)果進(jìn)行對比，得到最終的溫度-振動仿真結(jié)果。

35、進(jìn)一步地，所述得到電磁-溫度-振動仿真結(jié)果的步驟包括：

36、s401、將所述實體幾何模型輸入maxwell3d模塊；

37、s402、對所述實體幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到多個幾何部分，并對每個幾何部分進(jìn)行材料設(shè)置；

38、s403、對電磁仿真邊界進(jìn)行設(shè)置，并進(jìn)行電磁求解，其中設(shè)置電磁仿真邊界具體為：設(shè)置施加電流或電壓的方向、大小、施加位置；

39、s404、若電磁求解結(jié)果不準(zhǔn)確，則返回步驟s402，若電磁求解結(jié)果準(zhǔn)確，則將電磁求解結(jié)果作為電磁物理場仿真結(jié)果；

40、s405、將所述電磁物理場仿真結(jié)果輸入瞬態(tài)熱模塊，并將所述實體幾何模型同步到所述瞬態(tài)熱模塊中進(jìn)行溫度物理場仿真，得到電磁-溫度仿真結(jié)果；

41、s406、將所述電磁-溫度仿真結(jié)果輸入隨機振動模塊，并將所述實體幾何模型同步到所述隨機振動模塊中進(jìn)行隨機振動物理場仿真，得到電磁-溫度-振動仿真結(jié)果。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

43、(1)本發(fā)明通過對傳感器施加高于正常工作環(huán)境的物理應(yīng)力，包括溫度、振動、電磁場，然后以加速實驗的方法對其進(jìn)行仿真設(shè)置，一定程度上有效模擬變電站中復(fù)雜物理環(huán)境下傳感器的薄弱環(huán)節(jié)和退化失效情況。

44、(2)本發(fā)明加速實驗的方法能夠通過短時間內(nèi)傳感器的失效情況來推斷出傳感器整體失效時其使用壽命，極大減輕了在實際變電站中檢測傳感器功能退化情況的難度，且通過加速失效仿真的方法可以節(jié)省很多實驗過程所需的成本。

45、(3)本發(fā)明仿真方法彌補了之前部分仿真方法只有單物理場仿真而沒有多物理場仿真的缺點，在一定程度上更加貼近實際情況。