[发明专利]一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法

权利要求书

1.一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据敷设于空间域中的电缆及附件的几何尺寸，分别建立电缆及其终端的几何模型；在软件中输入材料的电气参数和热参数；

S2.集合步骤S1中的设置，根据单一变量原则建立多组电-热耦合计算模型，并通过软件仿真获得多组绝缘层温度数据；同一组类型的计算模型，仅改变一个变量；

S3.根据步骤S2中记录的多组电缆绝缘层温度数据，利用最小二乘法，得到电缆绝缘层变化温度、频率、电流和电缆线芯截面积的表达式；

S4.根据步骤S3中的结果，得到多组单一频率电流时电缆绝缘层最高变化温度，使用多元函数线性拟合，得到在含有多次谐波电流时电流绝缘层温度计算表达式；

S5.根据步骤S3、S4，推算得到含多种谐波电流时电缆绝缘层的温度；

S6.根据步骤S5中得到的含多种谐波电流时电缆绝缘层的温度，结合公式，得到电缆绝缘材料的使用寿命与温度的关系表达式。

2.根据权利要求1所述的一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体为：

在有限元仿真软件ANSYS中分别建立电缆及其终端的几何模型；

电缆材料包括：铜导体、内外半导电屏蔽、交联聚乙烯绝缘、铜屏蔽、外护套；

使用电-热耦合法求出电缆在电压和电流同时作用下的温度场分布。

3.根据权利要求2所述的一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法，其特征在于：ANSYS软件电-热耦合法具体操作步骤如下：

A.根据电缆的几何尺寸建立电缆的2D、3D模型；

B.将几何模型分别建立有限元的交流电场和涡流场的计算模型，并赋予集合结构材料电磁参数，并设置导通电流，求解获得电缆的空间磁场分布和电磁损耗；

C.将交流电场和涡流场求解获得的数据导入温度场中，并设置材料的热学参数、环境温度，求解获得电缆的温度分布图并记录温度数据。

4.根据权利要求1所述的一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法，其特征在于：所述的步骤S3中，

电缆绝缘层变化温度、频率、电流和电缆线芯截面积的表达式：如下

其中：ΔT为变化温度；T为线缆绝缘层温度；T₀为环境温度；x为电流频率；y为电流密度，即y＝I/S，I为导通电流，S为电线线芯截面积；P_ij拟合为系数(i＝1,2…；j＝1,2…)；“||”表示取绝对值；

使用最小二乘法进行数据拟合，即可求出各系数的值。

5.根据权利要求4所述的一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法，其特征在于：所述的步骤S4中，

含有多次谐波电流时电流绝缘层温度计算表达式：

其中，T表示含有多次谐波电流时电缆绝缘层的最高温度，ΔT_n为某一电流频率下电缆绝缘层的变化温度，T₀为环境温度。

6.根据权利要求5所述的一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法，其特征在于：所述的步骤S5中，

通过实测电缆线路中含有率超过1％的谐波电流次数n和谐波电流值In，结合电缆环境温度实测数据T₀，根据步骤S3、S4中的关系式(1)、(2)，即可推算得到含多种谐波电流时电缆绝缘层的温度。

7.根据权利要求6所述的一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法，其特征在于：所述的步骤S6中，

结合在化学反应动力学中，由反应速率方程及Amhenius方程，电缆绝缘材料的使用寿命与温度的关系表达式：

其中，τ为材料的寿命；T为材料本身的温度，a为规定失效性能相关常数；

E为活化能；R为气体常数。