[发明专利]基于有限元仿真和等效电路的单芯电力电缆谐振分析方法

权利要求书

1.一种基于有限元仿真和等效电路的单芯电力电缆谐振分析方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

A.在电力系统工频50Hz到5000Hz的谐波频率范围内，由小到大预先设定一组频率的值，计算单芯电力电缆在各频率下的分布参数，单芯电力电缆包括芯线和套设在芯线外侧的金属护层，分布参数包括芯线的单位长度电阻、芯线的单位长度电感、金属护层的单位长度电阻、金属护层的单位长度自感和芯线对金属护层的单位长度电容；

B.根据单芯电力电缆的接地方式和线路长度，在MatlabSimulink软件中做出等效电路；

C.使用MatlabSimulink的监视器功能模块，在步骤B得到的等效电路中设定监测点进行电压和电流的检测，得到仿真电路，用以观察特定单芯电力电缆位置的过电压和过电流情况；

D.根据实地采集的单芯电力电缆谐波含量数据或自行设定的谐波幅值，在步骤C得到的仿真电路上施加激励源，在每个频率下，将步骤A中计算得到的对应的分布参数代入仿真电路，并运行仿真电路，采集仿真得到芯线的电压数据、芯线的电流数据、金属护层的电压数据和金属护层的电流数据，分别做出芯线的电压或芯线的电流对频率的曲线图以及金属护层电压或金属护层电流对频率的曲线图，观察并分析是否出现谐振峰值，若出现了谐振峰值的情况，进行记录。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限元仿真和等效电路的单芯电力电缆谐振分析方法，其特征在于，所述的步骤A中芯线对金属护层的单位长度电容的具体计算依次包括如下步骤：

A11.在ANSYS软件中选用二维静电场分析模块PLANE121，设定单位制为mks国际单位制，根据单芯电力电缆的几何参数，使用ANSYS软件的自带图形工具建立单芯电力电缆横截面的二维平面几何模型,其中单芯电力电缆的几何参数包括单芯电力电缆内芯线的数量以及芯线、内外半导体屏蔽层、金属护层、绝缘层、铠装层和外皮的内外半径；

A12.根据单芯电力电缆各部分的材料参数给模型赋予材料属性，材料参数包括芯线、半导体屏蔽层、绝缘层、金属屏蔽层、空气和土壤的相对介电常数及电阻率；

A13.根据单芯电力电缆的几何尺寸对整个模型进行剖分,首先将步骤B11中得到的二维几何模型的圆周分成至少8个相等的数段单元；其次，将这些数段单元进行控制剖分，通过设定最大单元的长度上限控制单元的总数，通常将总单元数控制在十万个内；再次，设定芯线和金属护层为两个导体，使用ANSYS自带JCG求解器对模型进行求解；最后，使用ANSYS自带计算电容的宏命令cmatrix进行电容矩阵计算，并从计算结果中读出芯线对金属护层的单位长度电容值。