[发明专利]基于有限元分析的电缆缆芯温度预测方法

权利要求书

1.基于有限元分析的电缆缆芯温度预测方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

第1步：建立缆芯温度场模型：

通过电缆的结构参数、材料热参数、敷设条件以及边界条件建立电缆的有限元模型；

第2步：获取缆芯温度样本数据：

施加环境参数以及载荷进行有限元计算，得到电缆的温度场分布云图，选取电缆缆芯所对应的节点，查询相应的温度数据，获得样本数据；

第3步：数据预处理：

对获得的缆芯温度和其它可测量参量原始样本数据进行归一化处理，选取预测模型的输入变量为X＝{x1(1),...,x1(n),...xk(1),...,xk(n)}，输出变量为Y＝{y(n),y(n+1),...,y(n+m)}；

第4步：建立预测模型：

确定输入变量后，利用神经网络对数据进行训练，建立缆芯温度的预测模型；

第5步：预测输出：

将可测量参量归一化后输入到训练好的神经网络中，就可以得到所求的缆芯温度预测值。

2.根据权利要求1所述的基于有限元分析的电缆缆芯温度预测方法，其特征在于：

第1步具体为：

(1)确定电缆的结构参数、材料热参数以及敷设条件；

结构参数包括线芯导体外径、绝缘层厚度和外径、皱纹铝护套厚度和外径、外护套厚度和电缆外径；

材料热参数包括线芯导体的导热系数、绝缘层的导热系数、皱纹铝护套的导热系数、外护套的导热系数、土壤热阻系数、土壤温度和对流换热系数；

敷设条件包括电缆埋深、左右边界、下边界、电缆中心间距和排列方式；

(2)确定边界条件；

相应电缆的温度场模型的边界条件如下：

1)深层土壤的温度不受电缆的影响，符合第一类边界条件；

2)左右侧土壤距离电缆较远，符合第二类边界条件；

3)模型上边界，即地表土壤与空气的接触面，符合第三类边界条件。

3.根据权利要求2所述的基于有限元分析的电缆缆芯温度预测方法，其特征在于：

第2步具体为：

施加环境参数，即环境温度；计算并加载体积生成热，根据公式(1)计算电缆各热源的体积生成热，将其以载荷的形式加载至电缆缆芯、皱纹铝护套以及绝缘层的单元；

其中，i＝{1,2,3}分别对应电缆导体、绝缘层和金属屏蔽层；Q_i为各层损耗对应的体积生成热；W_i为电缆各层的单位长度损耗；S_i为各层的面积；I为流过电缆线芯的有效电流；R为单位长度线芯导体的交流电阻；l为导体的长度；ρ_i为电缆各层的电阻率；r_i为电缆各层的有效半径；

对其进行求解计算，得到温度场分布云图；其次，选取电缆缆芯所对应的节点，查询该节点的温度数据；

同理，即可获得预测模型所需不同条件下的缆芯温度数据。

4.根据权利要求3所述的基于有限元分析的电缆缆芯温度预测方法，其特征在于：

第4步具体为：

选用BP神经网络建立缆芯温度预测模型，设置BP神经网络的隐层激励函数为tan-sigmoid，输出层为Linear函数，利用mapminmax函数对数据进行归一化处理。