一种电水树生长演化算法、设备及存储介质制造技术

本发明专利技术提供一种电水树生长演化算法、设备及存储介质，涉及电水树生长领域。该电水树生长演化算法，建立配网电缆接头模型；规定电缆接头尺寸、缆芯电压等级等参数；计算配网电缆接头交联聚乙烯与硅橡胶材料中的电磁场、应力场和温度场的数值分布；研究电、磁、热、力多物理场耦合作用下电树的起树条件，根据各个方向的电场强度研究介质分界面电荷分布，通过模拟电荷法获得交联聚乙烯材料中空间电荷动态积聚输运模型；研究电水双树分叉的边界条件和能量平衡方程，机理模型用于海陆电缆接头绝缘结构的优化设计和针对接头绝缘结构的典型宽频振荡谐波特征库构建，结构优化与谐波特征库将直接为未来远海风电场工程建设提供理论支撑。直接为未来远海风电场工程建设提供理论支撑。直接为未来远海风电场工程建设提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种电水树生长演化算法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及电水树生长
，具体为一种电水树生长演化算法。

技术介绍

[0002]XLPE电缆是一种交联聚乙烯电缆，该电缆在供电电网中占有极其重要的地位。XLPE电力电缆线路的运行，特别是电缆附件运行的安全可靠性应受到足够的重视。必须采取必要和恰当的手段来预防事故的发生和监测电力电缆线路的运行状况。XLPE电缆的测试方案主要包括耐压试验、常规状态评估和局放检测，能用于现场运行中电缆测试的主要是局放检测。
[0003]本专利技术采取机理研究
‑
模型构建
‑
规律总结
‑
反馈机理的闭环总体研究方案。本专利技术提出了多物理场与空间电荷同步测控方法，拟在水树交替生长过程中，统一电磁场、应力场、温度场、空间电荷等多个因素构建的数学与物理模型，与传统的机理分析与实验验证方法有较大区别。机理模型用于海陆电缆接头绝缘结构的优化设计和针对接头绝缘结构的典型宽频振荡谐波特征库构建，结构优化与谐波特征库将直接为未来远海风电场工程建设提供理论支撑，符合我国“双碳战略”核心需求。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种电水树生长演化算法、设备及存储介质，机理模型用于海陆电缆接头绝缘结构的优化设计和针对接头绝缘结构的典型宽频振荡谐波特征库构建，结构优化与谐波特征库将直接为未来远海风电场工程建设提供理论支撑。
[0006](二)技术方案<br/>[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一方面，提供了一种电水树生长演化算法，包括：
[0009]建立配网电缆接头模型；
[0010]规定电缆型号、物理参数、电缆接头结构、尺寸以及缆芯电压等级；
[0011]计算配网电缆接头交联聚乙烯与硅橡胶材料中的电磁场、应力场和温度场的数值分布；
[0012]研究电、磁、热、力多物理场耦合作用下电树的起树条件，设计针对电树发展模型的广义有限差分法高效计算电水双树发展中场域实时变化；
[0013]根据各个方向的电场强度研究介质分界面电荷分布，通过模拟电荷法获得交联聚乙烯材料中空间电荷动态积聚输运模型；
[0014]研究电水双树分叉的边界条件和能量平衡方程，通过并行随机漫步理论解释电水双树分叉特性；
[0015]通过实时计算电水双树结构注入与耗散能量，为电水双树枝起始、生长、停滞与击穿提供判据。
[0016]优选的，所述根据各个方向的电场强度研究介质分界面电荷分布，通过模拟电荷法获得交联聚乙烯材料中空间电荷动态积聚输运模型中，电水双树交替生长过程中多物理场的耦合关系流程具体包括：
[0017]由于交联聚乙烯材料内部电水树周围受电磁场、温度场和应力场的耦合作用，并且是导致电水树起始、交替生长、停滞、击穿的深层次原因；
[0018]电水树附近的电磁场描述为
[0019][0020]焦耳热的功率为
[0021]p(t)＝J(t)E(t)
[0022]根据电水树的焦耳热效应，电水树周围的温度场描述为
[0023][0024]其中，ρ为介质的密度，单位为kg/m3；C为介质的比热容，单位为J
·
kg
‑1K
‑1；T为温度，单位为K；p为热损耗密度，单位为W/m3；λ为介质的热导率，单位为W
·
m
‑1K
‑1，与温度有关。
[0025]优选的，所述电水树周围的温度变化会在交联聚乙烯内部造成热应力和热膨胀，影响材料形变，其形变量描述为
[0026][0027][0028][0029]其中，ε
x
、ε
y
、ε
z
分别为3个法向方向的应变，E为各向同性材料的弹性模量，σ
x
、σ
y
、σ
z
为3个法向方向的热应力，μ为各向同性材料的泊松比，α为材料的热膨胀系数，ΔT为不同时刻的温度变化。
[0030]优选的，所述研究电水双树分叉的边界条件和能量平衡方程中，所述电树分叉概率密度计算公式为
[0031][0032]其中，n是电树可能发展方向的个数，P(i)是电树向第i个方向发展的概率，E
i
是沿第i个方向的电场强度大小，E
c
是空气的击穿场强，M是当前电树位置，W
M
是电树多叉能量临界值，Wc是电树多叉能量临界值，τ(x)是阶跃函数。
[0033]优选的，所述电水双树分叉的能量平衡的表达式为
[0034]αC0πεE2+FdΔ＝gdL+gsdL
[0035]其中，E代表局部的电场强度，ε代表介电常数，那么Ge＝πεE2就可以用来表示空洞以单位长度增大时所释放的能量，αC0表示局部电场激活区的体积，α与材料的种类有关，F代表施加的力，Δ表示位移，L代表电树通道的长度，g表示电树向前发展单位长度时，克服的表面能和材料形变所需的能量，g
s
代表电树向前发展单位长度时，存储在潜在损坏区内的能量的耗散的能量。
[0036]优选的，所述电水树枝末端在t
n
时刻有n
dir
个发展方向，对于第i个发展方向，其概率为
[0037][0038]其中，是电水树枝末端位置t
n
时刻电场强度在沿i个方向的分量的平方值，E
dielectr
是绝缘材料的电绝缘强度，求和时考虑电场强度大于电绝缘强度的方向；
[0039]生成的随机数rand的取值范围为0到1，即：
[0040]0≤rand≤1
[0041]对于第i个发展方向，如果rand落到该范围
[0042][0043]并且
[0044]E
i
≥E
c
[0045]则电树向第i个方向发展；
[0046]如果
[0047]E
i
＜E
c
[0048]则电树暂时不向任何方向发展。
[0049]优选的，所述通过实时计算电水双树结构注入与耗散能量，为电水双树枝起始、生长、停滞与击穿提供判据具体包括：
[0050]电水双树结构注入与耗散能量计算公式
[0051]W
tree
＝W
injection
‑
W
dissipation
[0052][0053]其中，i
leakage
(x，t)表示在传播过程中任意时间电树上的泄漏电流，t0是从电树开始到计算时刻的时间，l是电树的长度；
[0054]传导和对流引起的传热能量计算公式
[0055][0056]其中，W
heat
是传热能量，T(t)是电树的温度，T
i
分别是空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电水树生长演化算法，其特征在于，包括：建立配网电缆接头模型；规定电缆型号、物理参数、电缆接头结构、尺寸以及缆芯电压等级；计算配网电缆接头交联聚乙烯与硅橡胶材料中的电磁场、应力场和温度场的数值分布；研究电、磁、热、力多物理场耦合作用下电树的起树条件，设计针对电树发展模型的广义有限差分法高效计算电水双树发展中场域实时变化；根据各个方向的电场强度研究介质分界面电荷分布，通过模拟电荷法获得交联聚乙烯材料中空间电荷动态积聚输运模型；研究电水双树分叉的边界条件和能量平衡方程，通过并行随机漫步理论解释电水双树分叉特性；通过实时计算电水双树结构注入与耗散能量，为电水双树枝起始、生长、停滞与击穿提供判据。2.根据权利要求1所述的一种电水树生长演化算法，其特征在于：所述根据各个方向的电场强度研究介质分界面电荷分布，通过模拟电荷法获得交联聚乙烯材料中空间电荷动态积聚输运模型中，电水双树交替生长过程中多物理场的耦合关系流程具体包括：由于交联聚乙烯材料内部电水树周围受电磁场、温度场和应力场的耦合作用，并且是导致电水树起始、交替生长、停滞、击穿的深层次原因；电水树附近的电磁场描述为焦耳热的功率为p(t)＝J(t)E(t)根据电水树的焦耳热效应，电水树周围的温度场描述为其中，ρ为介质的密度，单位为kg/m3；C为介质的比热容，单位为J
·
kg
‑1K
‑1；T为温度，单位为K；p为热损耗密度，单位为W/m3；λ为介质的热导率，单位为W
·
m
‑1K
‑1，与温度有关。3.根据权利要求2所述的一种电水树生长演化算法，其特征在于：所述电水树周围的温度变化会在交联聚乙烯内部造成热应力和热膨胀，影响材料形变，其形变量描述为度变化会在交联聚乙烯内部造成热应力和热膨胀，影响材料形变，其形变量描述为度变化会在交联聚乙烯内部造成热应力和热膨胀，影响材料形变，其形变量描述为其中，ε
x
、ε
y
、ε
z
分别为3个法向方向的应变，E为各向同性材料的弹性模量，σ
x
、σ
y
、σ
z
为3
个法向方向的热应力，μ为各向同性材料的泊松比，α为材料的热膨胀系数，ΔT为不同时刻的温度变化。4.根据权利要求1所述的一种电水树生长演化算法，其特征在于：所述研究电水双树分叉的边界条件和能量平衡方程中，所述电树分叉概率密度计算公式为其中，n是电树可能发展方向的个数，P(i)是电树向第i个方向发展的概率，E
i
是沿第i个方向的电场强度大小，E
c
是空气的击穿场强，M是当前电树位置，W
M
是电树多叉能量临界值，Wc是电树多叉能量临界值，τ(x)是阶跃函数。5.根据权利要求4所述的一种电水树生长演化算法，其特征在于：所述电水双树分叉的能量平衡的表达式为αC0πεE2+FdΔ＝gdL+gsdL其中，E代表局部的电场强度，ε代表介电常数，那么Ge＝πεE2就可以用来表示空洞以单位长度增大时所释放的能量，αC0表示局部电场...

【专利技术属性】
技术研发人员：何嘉弘，周怡君，仲林林，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：