[发明专利]电缆支架金具的不均匀厚度设计方法及系统

权利要求书

1.一种电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，包括如下步骤：

S1. 获取输电线路的运行数据信息；

S2. 根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电磁-结构瞬态分析；

S3. 根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电缆及电缆支架金具的建模；

S4. 根据步骤S2的分析结果和步骤S3的建模数据，计算电缆支架金具的应力分布；具体包括如下步骤：

在一个时间步内，计算得到短路情况下流过电缆的短路电流，并以该短路电流作为激励，通过电磁-结构耦合，设置边界条件和网格密度，采用有限元计算方法计算得到电缆支架固定金具在当前时间步内遭遇短路电动力时的应力分布；

重复上述步骤进行迭代，从而得到最终的电缆支架金具的应力分布数据；

S5. 根据步骤S4得到的电缆支架金具的应力分布，确定电缆支架金具各部分的厚度，完成电缆支架金具的厚度设计；具体包括如下步骤：

计算得到极限短路电流：设定短路前系统处于空载，且短路发生时电源电动势恰好过零，此时的直流分量起始值最大，并将该时刻的电流值作为短路电流幅值；将此时的短路电流再乘以安全系数，得到最终的极限短路电流；

针对电缆支架金具，仅设计卡扣部分的厚度；设定卡扣的区域为中间区域，剩余区域为边缘区域；

划分区域后，确定各个区域的材料厚度：

首先根据材料的断裂应力确定材料的目标应力；将材料的断裂应力乘以设定倍数，作为目标应力；

将计算得到的极限短路电流流入电缆导体模型中，通过电磁-结构耦合计算得到金具具体的应力分布，再观察需要确定材料厚度的最大应力值：若最大应力值小于目标应力，则表示材料过厚，需要减少材料厚度；若最大应力值大于目标应力，则表示材料过薄，需要增加材料厚度；不断调整材料厚度并进行重复性的迭代计算，使得计算结果表明目标区域的最大应力等于目标应力，此时的材料厚度为该区域的最佳厚度；重复本步骤的过程，直至得到所有区域的最佳材料厚度；

最后，得到所有区域的最佳材料厚度后，在交界处进行平滑过渡，得到最终的电缆支架金具各部分的厚度数据。

2.根据权利要求1所述的电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，其特征在于步骤S2所述的根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电磁-结构瞬态分析，具体包括如下步骤：

短路电流计算的步骤，用于计算系统短路过程中可能出现的最严重的的短路电流；

短路过程电磁分析的步骤，用于分析系统短路过程中的电场和磁场；

短路过程结构瞬态动力学分析的步骤，用于根据电场和磁场的分析过程，计算短路过程中的电缆支架金具上各个节点的位移和应力；

结果输出的步骤。

3.根据权利要求2所述的电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，其特征在于所述的短路电流计算的步骤，具体包括如下步骤：

确定三相短路时产生的短路电流最严重；

设定系统为无限大容量系统，当电缆三相母线发生对称短路时，三相短路电路为：式中为A相电流；为B相电流；为C相电流；为相电压幅值；Z为每相回路的等效阻抗；为电源角频率；为初相位角；为短路阻抗角且；为时间常数。

4.根据权利要求3所述的电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，其特征在于所述的短路过程电磁分析的步骤，具体包括如下步骤：

采用磁矢量位A作为辅助变量，则Maxwell方程组表示为：式中为哈密顿算子；H为磁场强度；J为电流密度；E为电场强度；B为磁感应强度；

将A的表达式代入到安培环路方程，得到电磁场控制方程为：式中为磁导率；

采用库伦规范作为定解条件，则电磁场控制方程表示为泊松方程形式，为；

采用磁场势函数计算得到磁场储能，表达式为：式中W为磁场储能；n为积分区域个数；e为计数器；Oc为每一积分区域；A为磁场势函数；为积分域；

采用虚功法，基于W的计算式，得到电缆所受的瞬时电磁力为：式中F为电缆所受的瞬时电磁力；s为电动力方向路程；V为积分空间；H为磁场强度。