[发明专利]一种基于电缆接头表面温度的绝缘老化程度评估方法

说明书

本发明公开了一种基于电缆接头表面温度的绝缘老化程度评估方法，首先，构建了以运行电流、环境温度、老化程度为特征的电缆接头电磁‑热耦合计算模型。接着，应用耦合计算模型获取不同运行条件下电缆接头表面温度分布模拟数据。最后，利用模拟数据构建训练集、验证集和测试集，采用基于核极限机(KELM)算法构建状态预测模型。预测模型根据运行电流、环境温度和表面温度数据可快速、准确判定电缆接头绝缘老化程度。

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种基于电缆接头表面温度的绝缘老化程度评估方法。

背景技术

电缆接头作为连接电力电缆的重要设备，其故障概率在电缆系统中占比较大，严重恶化了供电可靠性。电缆接头的绝缘故障问题尤为突出，其绝缘状态与运行寿命息息相关。为了维护电网的稳定运行，准确评估电缆接头绝缘性能的劣化程度并采取相应措施有着重要意义。

目前，电缆接头的绝缘性能监测方法大多是电气测量方法。这些方法通过识别局放信号，介质损耗因数等状态信息对绝缘缺陷类型与程度进行识别。除电气测量方法外，温度监测也可用于反映绝缘状态。温度方法具有易于测量的优点，可用于识别气隙缺陷、导体偏心、连接管接触电阻等问题。然而，温度方法易受外部因素干扰导致分析精度有限，例如环境温湿度、太阳辐射等。同时，基于温度方式的电缆接头绝缘劣化程度诊断方法尚不成熟，有待进一步研究。因此，分析复杂运行条件下电缆接头绝缘性能劣化程度温度表征，提出相应的评估方法具有显著意义。

发明内容

本发明目的是提出了一种基于电缆接头表面温度的绝缘老化程度评估方法。首先，构建了以运行电流、环境温度、老化程度为特征的电缆接头电磁-热耦合计算模型。接着，应用耦合计算模型获取不同运行条件下电缆接头表面温度分布模拟数据。最后，利用模拟数据构建训练集、验证集和测试集，采用基于核极限机(KELM)算法构建状态预测模型。预测模型根据运行电流、环境温度和表面温度数据可快速、准确判定电缆接头绝缘老化程度。

为此，本发明采用的技术方案是，一种基于电缆接头表面温度的绝缘老化程度评估方法，包括以下步骤：

(1)构建计及绝缘老化的电-热耦合计算模型

电磁场控制方程为：

式中，μ为磁导率，J为电流密度，σ为电导率ρ_e为体电荷密度，ε为介电常数，▽为微分算子。

温度与热量控制方程表示为：

式中，ρ代表物质密度，c_p代表物质恒压热容，λ代表物质导热系数；Q(T) 代表热源产生的单位体积热量，T代表温度。

(2)设置计算模型的边界条件

将电磁边界处磁矢势与电位设为0；

计算模型的热边界条件由传热学边界条件确定，满足下式：

n·(-λ▽T)＝(h_rad+h_con)(T-T_e)

式中，T_e为实测环境温度，h_con为自然对流换热系数，h_rad为热辐射对流传热系数，n表示边界法向量。

(3)获取不同运行条件下电缆接头表面温度分布模拟数据

根据电缆接头的实际运行情况，应用耦合计算模型对运行电流、环境温度、介质损耗角进行三维参数化扫描，获得表面温度分布，以建立数据库样本。

(4)构建绝缘劣化程度预测模型，并利用基于核极限机方法预测绝缘劣化程度。