[发明专利]一种高压交流电缆绝缘偏心度与电气性能关系的仿真方法

权利要求书

1.一种高压交流电缆绝缘偏心度与电气性能关系的仿真方法，其特征在于，建立高压交流电缆在不同绝缘偏心度下的有限元仿真模型，进而对高压交流电缆在不同绝缘偏心度下的电气性能参数进行计算和分析；

步骤包括：

1)调查信息：高压交流电缆本体的结构、尺寸、运行电压、载流量以及各层的材料；

2)根据步骤1)中高压交流电缆本体调查结果，建立有限元仿真模型；

该仿真模型为绝缘偏心度为0％时的基础仿真模型；

3)根据步骤2)中的基础仿真模型，为基础仿真模型添加如下元素：

a、各层的材料属性；

b、电-磁耦合方程，包括：静电物理场方程、电流物理场方程以及磁场与电场物理场方程；在各物理场方程中添加高压交流电缆的运行电压、电流和频率；添加网格剖分，

最终，计算得到绝缘偏心度为0％时基础仿真模型的电气性能参数结果；

步骤4)根据步骤1)中高压交流电缆本体调查结果，对绝缘偏心度为0％时的高压交流电缆的电气性能参数进行解析计算；

将解析计算结果与步骤3)所得电气性能参数结果进行对比，通过判断基础仿真模型的电气性能参数计算结果是否准确，而对基础仿真模型进行验证：

如果准确，则基础仿真模型验证合格，进行步骤5)；

如果不准确，则基础仿真模型验证不合格，则返回步骤2)，重新建立有限元仿真模型；

步骤5)调整基础仿真模型中导体与绝缘的相对位置，得到不同的绝缘偏心度下的有限元仿真模型，分别得到相应绝缘偏心度下的有限元仿真模型；

保持其它设置和参数不变的基础上，有限元仿真模型重新计算高压交流电缆的电气性能参数，得到相应的结果；

步骤6)从步骤5)的结果，获得高压交流电缆的电气性能参数随绝缘偏心度不同而变化的规律。

2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征是步骤1)中，调查信息包括：高压交流电缆的导体外径、导体屏蔽层厚度、绝缘层厚度、绝缘屏蔽层厚度、半导电缓冲层厚度、铝护套轧纹深度、压纹节距和铝带厚度；高压交流电缆的导体材料和绝缘层材料；高压交流电缆的运行电压等级与载流量；

电气性能参数包括：场强、电容、绝缘电阻、导体交流电阻、金属护套感应电压或金属护套总损耗。

3.根据权利要求1或2所述的仿真方法，其特征是步骤2)中，有限元仿真模型是使用COMSOL Multiphysics软件建立。

4.根据权利要求1或2所述的仿真方法，其特征是利用基础仿真模型计算结构相同而尺寸不同的其它高压交流电缆的电气性能参数，方法为：把相应高压交流电缆的尺寸参数作为输入变量给验证合格的基础仿真模型，重复步骤5)得到电气性能参数结果。

5.根据权利要求1或2所述的仿真方法，其特征是绝缘偏心度的计算方法为：其中，D_x为绝缘偏心度；t_max为绝缘最大厚度；t_max为绝缘最小厚度。

6.根据权利要求1或2所述的仿真方法，其特征是步骤3)中：

静电物理场方程

其中，D为电位移矢量，单位是C/m²；ρ为电荷密度，单位是C/m³；E为电场强度，单位是V/m；V为电势矢量，单位是V；A为电流矢量，单位是A；ω为角频率，单位是rad/s；

电流物理场方程

J＝σE+J_e

其中，J为电流密度，单位是A/m²；Q_j,v为电荷量，单位是C；σ为电导率，单位是S/m；

磁场与电场物理场方程

J＝σE+σv×B+J_e

其中，H为磁场强度，单位是A/m；B为磁感应强度，单位是T。