[发明专利]一种海底电缆快速放电混联电阻优化设计方法

说明书

本发明公开了一种海底电缆快速放电混联电阻优化设计方法，包括：步骤1：根据电阻体积、串联节数和各节电阻的阻值，得到多个电阻混联设计方案；步骤2：按照各混联设计方案，对海底电缆进行放电；且在放电过程中，计算各混联设计方案下各节电阻温度、空间内电势与场强分布以及各混联设计方案下放电过程所需要的时间；步骤3：基于步骤2的计算结果，选取符合散热要求、均压要求、耐压要求以及周围静电场感应要求的混联设计方案；步骤4：从步骤3筛选出来的方案中，选择放电过程所需要的时间最短的方案作为最优的电阻混联设计方案；本发明兼顾了放电电阻耐热耐压要求，在提高放电速率的同时，保证了放电电阻的安全运行。

技术领域

本发明属于海底电缆工程领域，具体涉及一种海底电缆快速放电混联电阻优化设计方法。

背景技术

由于直流海底电缆直流耐压试验属于破坏性试验，因此在直流耐压后应对电缆尽快放电，以防止电缆中残余的高电压对电缆绝缘造成破坏。电缆终端放电电阻由多节电阻串联而成，在放电过程会逐渐短接若干节电阻以加快放电速度。

但放电电阻在放电过程中，存在安全隐患。

发明内容

发明目的：为使放电过程安全进行以及解决长距离高压直流海底电缆的快速放电问题，本发明提出了一种海底电缆快速放电混联电阻优化设计方法，可用于对电缆终端停电检修或耐压试验等工程领域，使放电电阻在放电过程中满足散热、耐压、均压及静电场场强要求，使放电过程安全地进行。

技术方案：一种海底电缆快速放电混联电阻优化设计方法，包括以下步骤：

步骤1：根据电阻体积、串联节数和各节电阻的阻值，得到多个电阻混联设计方案；

步骤2：按照各混联设计方案，对海底电缆进行放电；且在放电过程中，计算各混联设计方案下各节电阻温度、空间内电势与场强分布以及各混联设计方案下放电过程所需要的时间；

步骤3：基于步骤2的计算结果，选取符合散热要求、均压要求、耐压要求以及周围静电场感应要求的混联设计方案；

步骤4：从步骤3筛选出来的方案中，选择放电过程所需要的时间最短的方案作为最优的电阻混联设计方案。

进一步的，步骤2中，所述的按照各混联设计方案，对海底电缆进行放电，具体包括：

在每个时刻将接入放电回路的电阻由m节变为(m-1)节，计算此时流经各节电阻的电流和每节电阻的发热功率；判断此时是否流经各节电阻的电流均未超过电阻最大允许电流I_max且每节电阻的发热功率均未超过最大允许总功率P_i.max，若是，则将该时刻作为短接一节电阻的时刻，m＝m-1，否则该时刻接入放电回路的电阻节数维持m节不变；以此进行迭代，直到接入放电回路的电阻节数只剩一节为止。

进一步的，步骤2中，所述的计算各混联设计方案下在放电过程中各节电阻温度，具体包括：

对场地使用正交网格剖分，得一系列离散点，对于第(i，j，k)个离散点，建立如下所示的放电电阻温度变化有限差分法模型：

其中，Δh、Δt分别表示空间和时间剖分步长，T是温度，ρ、c、λ表示电阻材料的密度、比热容和导热系数，Φ是电阻单位体积的发热功率，n是时间步，在式(3)中，n和n+1的具体含义分别是当前时刻和下一时刻，两者相差一个时间步长；

借助边界条件，计算得到放电过程中各节电阻温度；所述边界条件为整个计算区域的边界温度与初始温度均为室温。

进一步的，步骤2中，所述的计算各混联设计方案下在放电过程中空间内电势与场强分布，具体包括：

对场地使用正交网格剖分，得一系列离散点，对于离散点c的电势值由下式计算得到：