[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

说明书

本发明涉及电力电缆运行与状态监测的技术领域，更具体地，涉及一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法。本发明提供的一种谐波电流对电缆温度影响的计算方法，通过实测线路中谐波电流的主要次数和含量，结合电缆及其终端外表面温度的测量值，即可计算得到绝缘层温度。再将计算得到的温度导入热老化方程进行计算，最终得到电缆绝缘层的使用寿命。

技术领域

本发明涉及电力电缆运行与状态监测的技术领域，更具体地，涉及一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法。

背景技术

随着电力系统中的非线性负载逐渐增加，导致线路中存在大量超标的谐波电流和电压，使得输电线路的电能质量严重下降。当电力谐波畸变严重时，线路的负荷会急剧增加、损耗增大，导致电缆及其附件的运行温度过高，绝缘层老化问题突出。尤其以谐波电流作用而导致的电缆及其附件过热问题需要引起电力行业的重视。

由于电缆的绝缘层温度不能直接测量，因此目前需要一种基于谐波电流含量和电缆导体有效截面积，进行较为准确的计算出电缆温度的方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，提供一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法，可较为精确的计算含有多次谐波电流时电缆绝缘层温度间接计算及老化评估。

本发明的技术方案是：一种电力电缆绝缘层温度及绝缘失效的评估方法，其中，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。

进一步的，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；

鉴于电缆实际运行中同时存在电压和电流，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。

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。

进一步的，步骤S2中，同一组类型的计算模型，仅改变一个变量，如输入电流大小、电流频率、线缆截面积等。

进一步的，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