一种直流电缆局部放电仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种直流电缆局部放电仿真方法及系统，通过构建直流电缆仿真模型，将直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；利用仿真模型对直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；判断合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率进而判定直流电缆空穴是否发生局部放电。本发明专利技术提供的方法在已知直流电缆参数和运行状态基础上，分步计算施加电压确定空穴内部合成场强，结合空穴局部放电起始场强、熄灭场强、电荷数量及局部放电发生概率，及时准确的评估直流电缆空穴场强及击穿概率，有效提高直流电缆运行可靠性能。

A simulation method and system of DC Cable Partial Discharge

The invention discloses a DC cable partial discharge simulation method and system. By constructing a DC cable simulation model, the insulating medium around the hole of the DC cable is divided into multiple layers with the same thickness; the operation state of the DC cable is simulated by using the simulation model to obtain the synthetic electric field inside the hole at the simulation time; and whether the synthetic electric field is greater than the hole gas is judged When the combined electric field is larger than the initial field strength of hole gas partial discharge, the probability of hole partial discharge is obtained to determine whether the DC cable hole partial discharge occurs. Based on the known DC cable parameters and operation status, the method of the invention calculates the applied voltage step by step to determine the internal composite field strength of the hole, combines the initial field strength, extinction field strength, charge quantity and the probability of partial discharge occurrence of the hole partial discharge, evaluates the hole field strength and breakdown probability of the direct current cable in a timely and accurate manner, and effectively improves the operation reliability of the DC cable.

【技术实现步骤摘要】
一种直流电缆局部放电仿真方法及系统
本专利技术涉及直流电缆仿真领域，具体涉及一种直流电缆局部放电仿真方法及系统。
技术介绍
在电缆与电缆之间以及电缆与电力一次设备之间需要应用各种类型的电力电缆附件，以优化电缆与其他部件(含其他电缆)之间的绝缘界面配合以及疏散因电缆剥离外半导电屏蔽层引起的电场应力集中畸变。然而在电缆系统的生产和安装过程中，不可避免地存在杂质或半导体层尖端突起等现象，从而在这些位置产生绝缘缺陷(如空穴、杂质、水树枝等)，并形成电场畸变。在各种外界因素(机械、热力)和畸变电场的长期作用下，以上绝缘缺陷发展成为绝缘故障的概率远高于其他部位。对外表征为电缆附件发生各种绝缘事故的概率远大于电缆本体。当前，领域内共识为局部放电是绝缘缺陷的重要表征，也是促使绝缘劣化的主要原因之一，准确的测量电缆系统局部放电能够及时、准确的掌握电缆本体及附件的绝缘状态，局放检测是电力电缆绝缘状况评价的重要方法。目前在电缆检测方面，主要有交流电缆局部放电检测装置与检测方法、直流电缆局部放电缺陷故障识别方法，未涉及直流电缆局部放电建模仿真的评估方法。当直流电缆的在稳定直流电压作用下，其绝缘工作场强的方向恒定不变，因此直流局部放电量与相位信息无关，场强大小随负载电流、运行环境温度变化而变化。现有技术中直流电缆局部放电测量原理仍是与采用交流电缆局部放电测量方法类似(一般也使用脉冲电流法)，但由于直流电缆绝缘的电松弛时间常数大，局部放电发展缓慢，可能在很长一段时间内无法测量到局部放电现象，无法及时准确的评估直流电缆空穴场强及击穿概率。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种直流电缆局部放电仿真方法及系统，克服了现有技术中无法及时准确评估直流电缆空穴场强及击穿概率的不足。第一方面，本专利技术实施例提供一种直流电缆局部放电仿真方法，包括如下步骤：利用预设参数构建直流电缆仿真模型；将待仿真的直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；判断所述合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率，并根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电。在一实施例中，所述利用预设参数构建直流电缆仿真模型的步骤，包括获取所述直流电缆的电导率与运行环境温度绝缘场强对应信息；基于所述对应信息、直流电缆尺寸参数、直流电缆材料参数、直流电压、载流电流、敷设环境温度、空穴所处的位置、形状、气体电导率、空穴空气压强，利用预设仿真软件构建直流电缆仿真模型。在一实施例中，所述利用预设参数构建直流电缆仿真模型的步骤之前，还包括：设置待仿真的直流电缆的尺寸参数及初始化所述直流电缆的运行参数；设置所述直流电缆局部放电仿真的仿真参数。在一实施例中，所述设置所述直流电缆局部放电仿真的仿真参数的步骤，包括：设置直流电压升压时间Tr、升压过程中的仿真步长Trs、稳态直流电压仿真步长Ts、局部放电仿真步长Tpds及仿真结束时间Tend。在一实施例中，利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取空穴内部的合成电场的步骤，包括：利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取直流电缆空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息；根据所述空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息获取空穴内部的合成电场。在一实施例中，所述根据所述空穴及其附近场强及漏电流信息获取空穴内部的合成电场的步骤包括：根据各剖分层泄漏电流信息及各剖分层的面积获取各剖分层的电荷量；根据各剖分层的电荷量获取各剖分层电荷对空穴产生的电场强度；对所述各剖分层电荷对空穴产生的电场强度求和，获取剖分层中的电荷对空穴的合成电场。在一实施例中，当所述空穴内部的合成电场不大于空穴气体局放起始场强时，或当空穴内部的合成电场大于空穴气体局放起始场强但空穴局部的放电概率小于随机定局部放电概率时，判定所述直流电缆空穴未发生局部放电；在仿真时间t小于直流电压升压时间Tr时，判定所述直流电缆空穴未发生局部放电后，则进入下一升压过程中的仿真步长Trs，在仿真时间t大于直流电压升压时间Tr时，判定所述直流电缆空穴未发生局部放电后，，则进入下一稳态直流电压仿真步长Ts。在一实施例中，所述根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电的步骤，包括：当空穴局部的放电概率大于随机定局部放电概率时，判定所述直流电缆空穴发生局部放电；当所述合成电场等于空穴气体局放熄灭场强时，判定所述直流电缆空穴发生局部放电结束。在一实施例中，所述判定所述直流电缆空穴发生局部放电结束的步骤之后，还包括：计算当前仿真时刻的空穴及其附近场强、各个剖面层的电荷量及的各剖分层中的电荷对空穴的合成电场，在仿真时间t小于直流电压升压时间Tr时，则进入下一升压过程中的仿真步长Trs，在仿真时间t大于直流电压升压时间Tr时，则进入下一稳态直流电压仿真步长Ts，并进入下一局部放电仿真步长Tpd，直至到达仿真结束时间Tend，则仿真结束。在一实施例中，所述获取空穴局部的放电概率的步骤，包括：分别获取空穴表面初始电荷生产速度及体积初始电荷生产速度；根据表面初始电荷生产速度及体积初始电荷生产速度，获取空穴内首个电荷生成速度；利用所述空穴内首个电荷生成速度获取空穴局部放电概率。第二方面，本专利技术实施例提供一种直流电缆局部放电仿真系统，包括：直流电缆仿真模型构建模块，用于利用预设参数构建直流电缆仿真模型；剖分层构建模块，用于将待仿真的直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；空穴内部的合成电场获取模块，用于利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；合成电场与局放起始场强比对模块，用于判断所述合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；局部放电发生判定模块，用于当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率，并根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电。第三方面，本专利技术实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行本专利技术实施例第一方面所述的直流电缆局部放电仿真方法。第四方面，本专利技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本专利技术实施例第一方面所述的直流电缆局部放电仿真方法。本专利技术技术方案，具有如下优点：本专利技术提供的直流电缆局部放电仿真方法及系统，通过构建直流电缆仿真模型，将目标直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；利用仿真模型对直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；判断合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率进而判定直流电缆空穴是否发生局部放电。本专利技术提供的方法在已知直流电缆参数和运行状态基础上，分步计算施加电压确定空穴内部合成场强，结合空穴局部放电起始场强、熄灭场强、电荷数量及局部放电发生概率，及时准确的评估直流电缆空穴场强及击穿概率，有效提高直流电缆运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：利用预设参数构建直流电缆仿真模型；将待仿真的直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；判断所述合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率，并根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电。

【技术特征摘要】
1.一种直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：利用预设参数构建直流电缆仿真模型；将待仿真的直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；判断所述合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率，并根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电。2.根据权利要求1所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，利用预设参数构建直流电缆仿真模型的步骤，包括：获取所述直流电缆的电导率与运行环境温度绝缘场强对应信息；基于所述对应信息、直流电缆尺寸参数、直流电缆材料参数、直流电压、载流电流、敷设环境温度、空穴所处的位置、形状、气体电导率、空穴空气压强，利用预设仿真软件构建直流电缆仿真模型。3.根据权利要求1所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，所述利用预设参数构建直流电缆仿真模型的步骤之前，还包括：设置待仿真的直流电缆的尺寸参数及初始化所述直流电缆的运行参数；设置所述直流电缆局部放电仿真的仿真参数。4.根据权利要求3所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，所述设置所述直流电缆局部放电仿真的仿真参数的步骤，包括：设置直流电压升压时间Tr、升压过程中的仿真步长Trs、稳态直流电压仿真步长Ts、局部放电仿真步长Tpds及仿真结束时间Tend。5.根据权利要求4所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取空穴内部的合成电场的步骤，包括：利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取直流电缆空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息；根据所述空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息获取空穴内部的合成电场。6.根据权利要求5所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，所述根据所述空穴及其附近场强及漏电流信息获取空穴内部的合成电场的步骤包括：根据各剖分层泄漏电流信息及各剖分层的面积获取各剖分层的电荷量；根据各剖分层的电荷量获取各剖分层电荷对空穴产生的电场强度；对所述各剖分层电荷对空穴产生的电场强度求和，获取剖分层中的电荷对空穴的合成电场。7.根据权利要求4所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，当所述空穴内部的合成电场不大于空穴气体局放起始场强时，或当空穴内部的合成电场大于空穴气体局放起始场强但空穴局部的放电概率小于随机定局部放电概率时，判定所述直流电缆空穴未发生局部放电；在仿真时间t小于直流电压升压时间Tr时，判定所述直流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：全球能源互联网欧洲研究院，全球能源互联网研究院有限公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE