[发明专利]一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法

权利要求书

1.一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法，其特征在于：包括：

针对不同接地方式与运行工况下三相电缆，计算正常运行时金属护层电流，并计算三相电缆各相运行温度，以此温度作为三相电缆运行正常温度的参考值；

针对不同护层接地方式的线路，计算不同护层故障下金属护层电流以及三相电缆各相运行温度；

将不同护层故障下所计算的三相电缆各相运行温度与三相电缆运行正常温度的参考值对比；

根据对比结果，对故障点进行定位；

所述计算三相电缆各相运行温度，包括：

建立三相电缆的二维或三维仿真模型，并划分网格；

在仿真模型中，对三相电缆线芯施加工频交流电压，采用电磁场频域计算得到三相电缆的电场分布和绝缘介质损耗；

在仿真模型中，对三相电缆线芯与金属护层同时施加工频交流电流，采用电磁场频域计算得到电缆的矢量磁位，进而得到电缆线芯与金属护层的电磁损耗；

将计算得到的绝缘介质损耗，电缆线芯与金属护层的电磁损耗以热源形式施加到对应的三相电缆层上，同时加载热传递、空气对流及热辐射的边界条件耦合求解三相电缆的温度；

判断计算是否收敛，若不收敛，则返回上一步继续迭代求解；若收敛，则输出三相电缆温度结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法，其特征在于：所述建立三相电缆的二维或三维仿真模型，并划分网格，包括：

采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立三相电缆的二维或三维仿真模型，并输入电缆材料参数，包括相对磁导率、相对介电常数、电导率、密度、恒压热容和导热系数。

3.根据权利要求1所述的一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法，其特征在于：所述采用电磁场频域计算得到三相电缆的电场分布和绝缘介质损耗，包括：

J₁＝σE

Q_V1＝J₁·E＝E²σ

其中，E为三相电缆的电场强度，V表示三相电缆内部求解点的电压，σ为三相电缆电导率，J₁表示绝缘介质的电流密度，Q_V1表示绝缘介质损耗。

4.根据权利要求1所述的一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法，其特征在于：所述采用电磁场频域计算得到电缆的矢量磁位，进而得到电缆线芯与金属护层的电磁损耗，包括：

对于有外加电流的电缆线芯与金属护层，矢量磁位的控制方程为：

根据上式计算求得矢量磁位A，进而求得电缆线芯与金属护层的电磁损耗如下：

其中，μ表示电缆材料的磁导率，σ为电缆材料电导率，A为矢量磁位，J_s为外施电流密度，ω为角频率，J₂为电缆线芯与金属护层的电流密度，Q_V2为电缆线芯与金属护层的电磁损耗。

5.根据权利要求1所述的一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法，其特征在于：所述将计算得到的绝缘介质损耗，电缆线芯与金属护层损耗以热源形式施加到对应的三相电缆层上，同时加载热传递、空气对流及热辐射的边界条件耦合求解三相电缆的温度，包括：

所述热传递边界条件为：

其中，ρ、c、t分别表示电缆材料的密度、恒压热容和时间，T为计算区域任意一点温度，λ_x、λ_y、λ_z分别为电缆材料沿各方向的导热系数，Q为单位体积生热量；

所述空气对流边界条件为：

其中，λ为电缆材料导热系数，u、v、w为沿x、y、z方向的流速，ρ_v、c_v为空气的密度与恒压热容；

所述热辐射边界条件为：

其中，b₀为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，ε为物体表面介质发射率，n为方向向量，T_amb为环境温度。

6.根据权利要求1所述的一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法，其特征在于：所述根据对比结果，对故障点进行定位，包括：

当三相电缆温度异常时，对比同一位置处三相电缆温度变化，选取温升最大的电缆相；

沿该相电缆轴向测量外表皮温度，从始端开始测量，若温度出现不断升高或降低，之后趋于稳定，即判定为护层接地故障，并且故障点位于出现温升处或温度趋于稳定处。