[发明专利]一种500kV超高压电缆的热应力及形变量的计算方法

说明书

本发明涉及一种500kV超高压电缆的热应力及形变量的计算方法，属于专门适用于特定应用的数字计算或数据处理的设备或方法技术领域。该方法执行如下步骤：1）建立超高压电缆模型；2）施加激励，进行磁场分析；3）进行温度场分析；4）进行应力场分析，得到最终结果。本发明借助ANSYS Workbench有限元分析软件，通过耦合多物理场进行分析，即磁场、温度场和应力场，将通过磁场分析得到的导体损耗和金属护层损耗作为温度场分析的热损耗载荷，再将温度场分析的结果作为温度载荷施加到高压电缆模型上，进行应力场的分析，从而得到当前状况下准确的电缆应力大小和形变量。

技术领域

本发明涉及一种500kV超高压电缆的热应力及形变量的计算方法，属于专门适用于特定应用的数字计算或数据处理的设备或方法技术领域。

背景技术

随着经济建设的迅速发展，高电压长距离大截面电缆得到越来越多的广泛运用，高压电缆在运行中受到的热应力正成为导致电力电缆故障的主要原因之一，经统计，南京地区近几年的高压电缆故障，由热应力引起的故障比例已高达36.2％。但由于国内外对热应力这方面的研究甚少，因此在高压电缆故障分析的时候该原因会很容易被忽略，而将其他原因误认为是导致故障的最根本原因，从而无法了解事实真相，无法从故障中吸取经验教训来提高电缆的运行管理水平，也就无法避免下一次由热应力的作用导致电缆故障的发生。

超高压电缆作为输电环节的重要载体，电缆稳定安全运行是系统稳定的先决条件。导体温度作为电缆的关键状态参数，不仅决定电缆的最大载流能力，还威胁电缆的安全稳定运行。此外，运行温度过高，大截面的超高压电缆还会产生较大的热应力，破坏电缆结构，在电缆内部留下印痕，进而产生局部放电故障；同时，热应力会使电缆产生变形，长期运行累积的变形，会提高电缆发生事故的概率。因此，准确把握超高压电缆热应力及变形状态，制定科学合理的运维策略，降低电缆事故比例，对超高压电缆的安全运行起到关键作用。

目前，《城市电力电缆设计技术规定》中涉及电缆热应力的相关计算，但规定中给定的计算方法粗糙，只是工程经验公式，没有具体的理论支撑，无法作为电缆热应力及变形状态监测的依据。而在其他现有关于电缆的研究中，更多关注电缆温度与载流量的关系，并没有给出电缆热应力及变形的具体计算分析方法，因此急需一种运行电缆热应力及变形计算方法用于电缆运行状态监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种可以准确计算500kV超高压电缆的热应力及形变量的方法。

本发明为了解决上述技术问题提出的技术方案是：一种500kV超高压电缆的热应力及形变量的计算方法，执行如下步骤：

1)将所述500kV超高压电缆通过ANSYS Workbench有限元软件建立超高压电缆模型，

所述超高压电缆模型由内到外依次为导体、绝缘层、缓冲层、金属护层和外护套；

2)对所述超高压电缆模型施加电流激励，进行磁场分析，得到所述500kV超高压电缆的导体损耗和金属护层损耗；

在进行磁场分析时，所述超高压电缆模型的电磁边界条件为第四类电磁边界条件，所述超高压电缆模型的空气求解域边界矢量磁位为0、所述超高压电缆模型的电缆轴向两端面边界的矢量磁位为0；

3)将所述导体损耗和所述金属护层损耗作为电缆的热损耗载荷施加到超高压电缆模型上，进行温度场分析，得到超高压电缆模型的温度场分布结果；

在所述温度场分析时设定为绝热边界，法向热流密度为0，所述超高压电缆模型的外护套的表面满足第三类对热换流边界条件；所述超高压电缆模型的电缆轴向两个端面满足第二类边界条件；

4)将温度场分析结果作为温度载荷施加到所述超高压电缆模型上，进行应力场分析，最终得到超高压电缆模型的应力大小及形变量的计算结果；