[发明专利]一种高压套管内部缺陷的热等效分析方法

说明书

本发明公开了一种高压套管内部缺陷的热等效分析方法，首先将高压套管多层结构简化为多层柱状简化模型，再将多层柱状简化模型等效为单层柱状等效模型，并将高压套管内部缺陷等效为单层柱状等效模型的内部热源；根据高压套管的材料组成，分别确定多层柱状简化模型各层的热导率等材料参数，并根据多层平壁稳定传热过程，确定单层柱状等效模型的等效热导率，由此将高压套管多层传热分析等效为单层传热分析。本发明极大简化了对高压套管的热分析过程，是一种精确、高效、快速的高压套管内部缺陷热分析方法，对高压套管内部缺陷热分析具有重要意义。

技术领域

本发明属于高压套管内部缺陷热分析技术领域，具体涉及一种高压套管内部缺陷的热等效分析方法的设计。

背景技术

电力系统在我国经济社会发展中具有重要作用。套管为在高压电力系统中起到绝缘和支撑作用的器件，其良好的服役性能是保障高压电力系统安全、稳定运行的必要条件。然而，随着电压等级的提升和电力需求剧增，高压套管绝缘电阻降低，发生沿面闪络，导致内部缺陷扩展、发热，已成为威胁电力系统安全运行的关键问题。高压套管内部缺陷常导致高压套管发热，甚至造成套管失效，因此有必要掌握高压套管内部热缺陷，并对高压套管热状态进行分析，对于预防套管故障、保障电力系统安全可靠运行具有重要意义。

然而高压套管有多层包覆绝缘结构，对套管的热解析分析计算繁琐复杂，在内部出现热缺陷时难以直接有效求解，目前对多层结构下套管的热分析多采用有限元等数值求解方法，但该类方法仅能得到数值近似解，难以得到精确解。

发明内容

本发明的目的是为了简化高压套管的热分析过程，并对套管内部热缺陷进行精确解析，提出了一种高压套管内部缺陷的热等效分析方法。

本发明的技术方案为：一种高压套管内部缺陷的热等效分析方法，包括以下步骤：

S1、将高压套管多层结构简化为多层柱状简化模型。

S2、根据高压套管的材料组成，分别确定多层柱状简化模型中各层的热导率和厚度。

S3、将多层柱状简化模型等效为单层柱状等效模型，并将高压套管内部缺陷等效为单层柱状等效模型的内部热源。

S4、根据多层柱状简化模型中各层的热导率和厚度确定单层柱状等效模型的等效热导率，将高压套管的多层传热问题等效为单层传热问题，实现采用单层柱状等效模型对高压套管多层传热结构的等效热分析。

进一步地，步骤S1中简化得到的多层柱状简化模型包括依次设置的导电杆层、电容层、绝缘纸层、绝缘筒层和瓷套层。

进一步地，步骤S4中单层柱状等效模型的等效热导率λ_e的计算公式为：

其中λ₁,λ₂,λ₃,λ₄,λ₅分别表示导电杆层、电容层、绝缘纸层、绝缘筒层和瓷套层的热导率，δ₁,δ₂,δ₃,δ₄,δ₅分别表示导电杆层、电容层、绝缘纸层、绝缘筒层和瓷套层的厚度，δ_e＝δ₁+δ₂+δ₃+δ₄+δ₅表示单层柱状等效模型的等效层厚度。

进一步地，步骤S4中采用单层柱状等效模型对高压套管多层传热结构的等效热分析公式为：

其中q表示多层柱状简化模型中的单位面积热流，t₁,t₆分别表示多层柱状简化模型两侧的表面温度。