一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法和装置，包括建立电缆接头的静电场计算模型、温度场计算模型以及电缆接头几何模型；在电缆接头几何模型三处复合界面添加缺陷，以获得无缺陷以及有缺陷的电场和温度场分布图；穿过缺陷沿电缆接头径向和轴向画出一条截线，得到电缆接头无缺陷以及有缺陷时在三处复合界面上的径向和轴向的电场、温度场分布线图。本发明专利技术能够模拟和分析真实的电缆接头出现缺陷的运行情况，可以更好判断电缆接头的缺陷类型和位置。判断电缆接头的缺陷类型和位置。判断电缆接头的缺陷类型和位置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法和装置


[0001]本专利技术涉及电缆接头领域，尤其涉及一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法。

技术介绍

[0002]电力电缆作为输配电的重要设备，其安全性与可靠性对电力系统的稳定运行具有重要意义。与电缆本体相比，电缆接头由于结构的特殊性和制造安装过程中的不确定性，一直是电缆使用中故障率最高的环节。
[0003]目前，国内相继开展许多对电缆缺陷进行电场以及温度场仿真分析的研究，但尚不完善，具有一定的局限性，因为只考虑对电缆本体中缺陷进行建模仿真分析，由于电缆本体结构远比电缆接头简单，并且在电缆线路实际运行情况下，电缆接头是最薄弱的环节，因此应多加关注对电缆接头部分的研究。对缺陷本身的结构参数以及缺陷在电缆接头中的存在位置对场分布有何影响研究较少，难以有效、全面的分析电缆接头缺陷的电场和温度场分布特征。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决以上问题，提供了一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法。
[0005]根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法，包括：建立电缆接头的静电场计算模型、温度场计算模型以及电缆接头几何模型，其中，所述静电场计算模型表达式为：
[0006][0007][0008]所述温度场计算模型表达式为：
[0009][0010]所述电缆接头几何模型为包括电缆线芯、XLPE主绝缘层、接头连接管、缠绕带、半导体层、应力锥半导体层、铜屏蔽层以及硅橡胶绝缘层结构构建出的三维几何体模型；
[0011]确定所述电缆接头几何模型各层材料的材料参数，建立当前材料参数下的10kV电缆接头静电场模型以及电缆接头温度场模型，同时对电缆接头几何模型设置网格剖分参数进行网格剖分；
[0012]在电缆接头几何模型的缠绕带/硅橡胶绝缘层、XLPE主绝缘层/硅橡胶绝缘层以及应力锥半导体层/硅橡胶绝缘层三处复合界面均添加导电微粒、空气以及受潮缺陷以构建电缆接头缺陷模型，并通过求解器对上述三处复合界面的缺陷进行有限元计算，得到电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、空气以及受潮缺陷时三处复合界面的电场和温度
场分布图；
[0013]穿过缺陷沿电缆接头径向和轴向画出一条截线，得到电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、空气以及受潮缺陷时在三处复合界面上的径向和轴向的电场、温度场分布线图。
[0014]根据本公开实施例的第二方面，提供一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析装置，包括：前处理模块：被配置为建立电缆接头的静电场计算模型、温度场计算模型以及电缆接头几何模型，其中，所述静电场计算模型表达式为：
[0015][0016][0017]所述温度场计算模型表达式为：
[0018][0019]所述电缆接头几何模型为包括电缆线芯、XLPE主绝缘层、接头连接管、缠绕带、半导体层、应力锥半导体层、铜屏蔽层以及硅橡胶绝缘层结构构建出的三维几何体模型；
[0020]确定所述电缆接头几何模型各层材料的材料参数，建立当前材料参数下的10kV电缆接头静电场模型以及电缆接头温度场模型，同时对电缆接头几何模型设置网格剖分参数进行网格剖分；
[0021]在电缆接头几何模型的缠绕带/硅橡胶绝缘层、XLPE主绝缘层/硅橡胶绝缘层以及应力锥半导体层/硅橡胶绝缘层三处复合界面均添加导电微粒、空气以及受潮缺陷以构建电缆接头缺陷模型，并通过求解器对上述三处复合界面的缺陷进行有限元计算，得到电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、空气以及受潮缺陷时三处复合界面的电场和温度场分布图；以及
[0022]后处理模块，被配置为穿过缺陷沿电缆接头径向和轴向画出一条截线，得到电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、空气以及受潮缺陷时在三处复合界面上的径向和轴向的电场、温度场分布线图。
[0023]根据本公开实施例的第二方面，提供一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析装置，包括：
[0024]处理器；
[0025]用于存储处理器可执行指令的存储器；
[0026]其中，所述处理器被配置为：
[0027]建立电缆接头的静电场计算模型、温度场计算模型以及电缆接头几何模型，其中，所述静电场计算模型表达式为：
[0028][0029][0030]所述温度场计算模型表达式为：
[0031][0032]所述电缆接头几何模型为包括电缆线芯、XLPE主绝缘层、接头连接管、缠绕带、半导体层、应力锥半导体层、铜屏蔽层以及硅橡胶绝缘层结构构建出的三维几何体模型；
[0033]确定所述电缆接头几何模型各层材料的材料参数，建立当前材料参数下的10kV电缆接头静电场模型以及电缆接头温度场模型，同时对电缆接头几何模型设置网格剖分参数进行网格剖分；
[0034]在电缆接头几何模型的缠绕带/硅橡胶绝缘层、XLPE主绝缘层/硅橡胶绝缘层以及应力锥半导体层/硅橡胶绝缘层三处复合界面均添加导电微粒、空气以及受潮缺陷以构建电缆接头缺陷模型，并通过求解器对上述三处复合界面的缺陷进行有限元计算，得到电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、空气以及受潮缺陷时三处复合界面的电场和温度场分布图；
[0035]穿过缺陷沿电缆接头径向和轴向画出一条截线，得到电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、空气以及受潮缺陷时在三处复合界面上的径向和轴向的电场、温度场分布线图。
[0036]本专利技术与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
[0037]本专利技术构建了电缆接头的三维模型，并加入了多类缺陷模型进行仿真。与二维模型相比，本专利技术能够模拟和分析真实的电缆接头出现缺陷的运行情况。本专利技术对10kV电缆接头在不同缺陷下的电场和温度场分布特征进行分析，得出在不同缺陷影响下电缆接头的电场以及温度场分布情况，可以获得电缆接头存在不同缺陷时的电场和温度场变化特征，为电缆接头存在缺陷的分析奠定了理论基础。同时根据电缆接头实际安装过程，在缠绕带/硅橡胶绝缘层、XLPE主绝缘层/硅橡胶绝缘层、应力锥半导体层/硅橡胶绝缘层三处复合界面会出现杂质的情况，构建电缆接头模型三处复合界面上缺陷模型，获得三处复合界面上多类缺陷的电场变化特征，为分析电缆接头内缺陷所在位置情况奠定理论基础。
附图说明
[0038]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0039]在附图中：
[0040]图1为本专利技术电缆接头缺陷的分析方法的流程图。
[0041]图2为本专利技术电缆接头剖面对称图。
[0042]图3为本专利技术电缆接头三维模型图。
[0043]图4为本专利技术电缆接头网格剖分图。
[0044]图5为本专利技术电缆接头存在缺陷时的网格剖分图。
[0045]图6为本专利技术电缆接头无缺陷电场分布图。
[0046]图7为本专利技术电缆接头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法，其特征在于，包括：建立电缆接头的静电场计算模型、温度场计算模型以及电缆接头几何模型，其中，所述静电场计算模型表达式为：计算模型表达式为：所述温度场计算模型表达式为：所述电缆接头几何模型为包括电缆线芯、XLPE主绝缘层、接头连接管、缠绕带、半导体层、应力锥半导体层、铜屏蔽层以及硅橡胶绝缘层结构构建出的三维几何体模型；确定所述电缆接头几何模型各层材料的材料参数，建立当前材料参数下的10kV电缆接头静电场模型以及电缆接头温度场模型，同时对电缆接头几何模型设置网格剖分参数进行网格剖分；在电缆接头几何模型的缠绕带/硅橡胶绝缘层、XLPE主绝缘层/硅橡胶绝缘层以及应力锥半导体层/硅橡胶绝缘层三处复合界面均添加导电微粒、空气以及受潮缺陷以构建电缆接头缺陷模型，并通过求解器对上述三处复合界面的缺陷进行有限元计算，得到电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、空气以及受潮缺陷时三处复合界面的电场和温度场分布图；穿过缺陷沿电缆接头径向和轴向画出一条截线，得到电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、空气以及受潮缺陷时在三处复合界面上的径向和轴向的电场、温度场分布线图。2.根据权利要求1所述的基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法，其特征在于：所述电缆接头几何模型各层材料的结构参数如下表所示：所述电缆接头几何模型各层材料的材料参数如下表所示：
3.根据权利要求2所述的基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法，其特征在于，所述建立当前材料参数下的10kV电缆接头静电场模型以及电缆接头温度场模型包括：建立10kV电缆接头静电场模型包括：在电缆线芯上施加13.5kV电压，铜屏蔽层施加零电位；建立电缆接头温度场模型包括：设置空气对流换热系数为10W/(m2·
K)，环境温度为20℃，施加载流量为454A；所述对电缆接头几何模型设置网格剖分参数进行网格剖分包括：将大区域细分，网格划分序列类型采用物理场控制网格，并将网格单元大小设置为超细化。4.根据权利要求1所述的基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法，其特征在于，所述构建电缆接头缺陷模型包括：在电缆接头几何模型的缠绕带/硅橡胶绝缘层、XLPE主绝缘层/硅橡胶绝缘层以及应力锥半导体层/硅橡胶绝缘层三处复合界面均添加导电微粒、空气以及受潮缺陷，各缺陷模型尺寸为1mm
×
1mm
×
1mm的正方体，其中，导电微粒包括金属颗粒和半导体颗粒，所述金属颗粒、半导体颗粒、空气以及受潮缺陷的材料参数如下表所示：所述求解器包括稳态求解器以及频域
‑
稳态求解器，其中，所述稳态求解器用于求解电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、空气以及水分缺陷时三处复合界面的电场的分布图；所述频域
‑
稳态求解器用于求解电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、空气以及受潮缺陷时三处复合界面的温度场的分布图。5.一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析装置，其特征在于，包括：前处理模块：被配置为建立电缆接头的静电场计算模型、温度场计算模型以及电缆接头几何模型，其中，所述静电场计算模型表达式为：模型，其中，所述静电场计算模型表达式为：
所述温度场计算模型表达式为：所述电缆接头几何模型为包括电缆线芯、XLPE主绝缘层、接头连接管、缠绕带、半导体层、应力锥半导体层、铜屏蔽层以及硅橡胶绝缘层结构构建出的三维几何体模型；确定所述电缆接头几何模型各层材料的材料参数，建立当前材料参数下的10kV电缆接头静电场模型以及电缆接头温度场模型，同时对电缆接头几何模型设置网格剖分参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：余志强，郝云倩，孙晓云，杨轶轩，石大城，蒋元朝，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：