[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

说明书

本发明涉及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，基于解析计算和电‑磁耦合方程，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场强、电容、绝缘电阻、导体交流电阻、金属护套感应电压、金属护套总损耗相关电气性能参数进行计算和分析。本方法实现了对高压交流电缆在不同绝缘偏心度下精确、定量地分析电气性能参数的变化与规律，且该技术方法具有较强的便利性和适用性，可为高压交流电缆的电气性能评估和安全运行提供重要的指导作用。

技术领域

本发明涉及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，属于电气技术领域。

背景技术

高压交流电缆通常用于电力系统主干网的传输，对电力系统的安全运行至关重要，一旦电缆发生故障，造成的用电影响和经济损失不可估量，因此，对高压交流电缆的设计和制造都有极高的要求。其中绝缘偏心度就是高压交流电缆的一项重要指标。电缆绝缘偏心度是指电缆导体与绝缘层不同心时，电缆横截面上的绝缘层产生厚度差，通过计算得到绝缘偏心度。对于高压交流电缆，绝缘偏心会导致电缆绝缘中电场分布不均匀，易造成电缆击穿；绝缘偏心度过大，还会造成现场按标准施工敷设时电缆不对称，磁场分布方式发生变化，金属护套损耗发生变化；另外，绝缘偏心对于电缆绝缘层的绝缘电阻、电缆电容、金属护套感应电压等多种电气性能参数都会造成影响，且无法量化评估其影响大小，这对于电力系统的设计和运行风险评估都极为不利，大大降低了电力系统的可靠性。

目前，对不同绝缘偏心度的高压交流电缆进行电气性能评估时，尚且缺乏相关数据可供参考，且缺乏相关的计算方法。传统解析计算方法只能计算绝缘不偏心时的电气性能参数，对于不同绝缘偏心度下的高压交流电缆电气性能参数计算则无法使用；采用电缆实测法，由于绝缘偏心度在实际电缆生产时无法控制，因此很难做出所需电缆样品；另外，不同规格、不同电压等级的高压交流电缆在不同绝缘偏心度下的电气性能参数及变化规律皆不同，无法用一套既有数据表征出所有高压交流电缆的电气性能参数及变化趋势。

因此需要建立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，量化分析高压交流电缆在不同偏心度下的电气性能参数变化，且该方法具有便利性和适用性，为高压交流电缆的设计运行与风险评估提供一种参数计算的有效手段。

发明内容

高压交流电缆在不同绝缘偏心度下表现出不同的电气性能参数，且传统的解析计算和电缆实测法均无法满足计算需求。同时，不同规格、不同电压等级的高压交流电缆在评估绝缘偏心度对电气性能参数的影响时，得到的结果也各不相同。因此需要根据实际情况，针对特定的高压交流电缆在特定的运行场景下进行电气性能参数的计算。

针对诸多技术问题，本发明通过解析计算和建立有限元仿真模型提出了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。

本方法基于解析计算和电-磁耦合方程，建立高压交流电缆在不同绝缘偏心度下的COMSOL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场强、电容、绝缘电阻、导体交流电阻、金属护套感应电压、金属护套总损耗相关电气性能参数进行计算和分析。

本方法量化分析高压交流电缆在不同偏心度下的电气性能参数变化，为高压交流电缆的设计运行与风险评估提供一种参数计算的有效手段。具体如下：

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：