[发明专利]高压电缆多应力界面附件装置的建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及有限元方法领域，更具体地说，是涉及一种高压电缆多应力界面附件装置的建模方法。

背景技术

高压电缆附件是电缆线路中绝缘的薄弱环节，容易发生局部放电现象.其质量关系到电缆系统供电的安全性和可靠性，为了改善电缆连接处的电场分布，采用了多种减少电场畸变的终端处理措施:①在电缆绝缘层上施加新的绝缘层,可以增大等效绝缘半径；②在电缆屏蔽层边缘的绝缘表面涂以半导电漆，可以减少沿表面的阻抗和屏蔽层附近的电位梯度；③在屏蔽层附近加装屏蔽接地环，增大曲率半径；④釆用电缆附件，强迫电场均匀分布等。目前采用第④种方法的较多，主要有绕包式、模塑式、组合预制式和全预制式四种类型,绕包式不适合110KV及以上等级的电缆接头,因而110KV及以上等级电缆的接头型式主要是模塑式和预制式。模塑式电缆接头采用和电缆相同的材料，没有异种材料界面,采用小型挤塑机在模具中挤出并注入与XLPE电缆相同的超净可交联料,并经加热加压固化形成与XLPE电缆绝缘成为一体的接头增强绝缘,是一种小型化、高质量接头，但存在的主要问题是接头质量几乎取决于现场施工,对安装工艺、现场质量监督管理以及施工操作人员技术素质要求很高，且施工时间长。为提高可靠性，使施工简单化，缩短安装时间，降低成本，意大利、英国等开发并推广使用了可以和组合预制式接头相媲美的全预制式接头。该接头可以有效利用原有设备，安装后可以移动和弯曲，且其内部结构致密，并不存在绝缘界面，只要安装完成后将电缆的切向电场强度控制在一个安全值内，就能确保电缆附件安全可靠运行。预制式接头从20世纪90年代以来，迅速普及，随着在275kV等级电缆的实用化发展,500kV等级电缆上的开发试验也已完成，应用预制式接头技术开发的Y分支接头已被广泛应用在275KV以下等级电缆上,在欧洲各主要城市,225KV和400KV等级XLPE电缆设备量逐渐增加,组合预制式和全预制式接头成为主流。日本也正致力于开发小型化的预制式终端，以改善和电力系统其他部分的连接和安装。目前中国北京、上海、广州等大城市已经在运行220kV电缆线路,而500kV电缆主要还是作为水电站、抽水蓄能电站的高压端引出线使用。随着城市电网负荷的不断增加，北京、上海等地也正在建设500kV电缆系统,中国已经具备生产包括500kV等级的超高压电缆的能力,但是目前能提供220kV及以上等级电缆附件的厂家不多,500kV电缆附件还处于攻关开发阶段.国网电科院电缆所正在推动500kV电缆本体和220kV电缆附件的国产化.由于超高压电缆挤包绝缘的绝缘厚度减薄趋势的要求,将会使电缆本体绝缘的工作场强提高,如何提高在高场强下运行的电缆及其附件的绝缘性能非常重要，尤其是高压电缆附件的研究，电缆附件是整个电力电缆线路的薄弱点，但是针对它的结构设计、电气性能和高电压试验等研究资料却相对匮乏,除了几个基本公式外，可参考文献较少，传统方法是用多折线和多圆弧样条曲线来近似模拟单应力对数曲线模型，却无法达到理想的设计要求。

发明内容

本发明目的提供一种通过有限元方法，将高压电缆附件装置的应力面设计成多应力界面模型的建模方法，从而使高压电缆附件电场的分布得到更进一步地均匀优化，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案：高压电缆多应力界面附件装置的建模方法，是采用有限元方法，通过高温硫化液体硅橡胶、半导电材料和高介电常数填料建立多应力界面形状的有限元计算模型，所述有限元计算模型按二维轴对称结构进行建模，其中，增绕绝缘层厚度附件轴向长度附件应力面对数曲线模型方程其中，ε₁是电缆本体绝缘相对介电常数；r_c是导体层外半径；R是本体绝缘外半径；U₁是电缆承受电压，根据不同标准取设计电压U_AC；R_n是增绕绝缘层外半径；ε_n是电缆增绕绝缘的相对介电常数；E_t是切向场强；E_n是法向场强。

附件应力面可采用多折线、多段圆弧样条曲线模型取代对数曲线模型。

本发明的有益效果是：

本发明是应用有限元方法，采用高温硫化液体硅橡胶、半导电材料和高介电常数填料，分别建立单、多应力界面形状的有限元计算模型，设计计算程序，展开电场强度的计算和分析，通过观察了解附件内部每个点的电场分布情况,通过求解观查比较两种模型内部电场的分布情况,多界面电缆附件接头具有更高的技术指标。

附图说明

图1是二维轴对称结构模型结构示意图。