[发明专利]基于石墨粉体注入的高压电缆缓冲层修复效果仿真方法

说明书

本发明涉及基于石墨粉体注入的高压电缆缓冲层修复效果仿真方法，根据220KV高压电缆皱纹铝护套的结构和参数建立220KV高压电缆皱纹铝护套三维仿真模型，将需要注入压力和石墨粉体粒径仿真设置参数带入建立的三维仿真模型中；根据标准k‑ε湍流方程和石墨粉体受力方程，建立石墨粉体扩散控制方程，得到不同注入压力及不同粒径下石墨粉体扩散附着效果。本发明通过模拟实际电缆缓冲层修复过程中石墨粉体的扩散过程，可对修复后缓冲层石墨粉体扩散均匀性及扩散距离进行评估，对电缆修复工作有重要意义，同时能够通过仿真手段指导工程现场注入过程，以提高修复效果。

技术领域

本发明属于高压电技术领域，尤其是基于石墨粉体注入的高压电缆缓冲层修复效果仿真方法。

背景技术

城市供电系统中，重要高压线路的安全、可靠、合理运行对确保电网的安全生产至关重要。110KV及220KV高压电缆是城市输电网络的重要干线，保障其安全可靠性一直是电力生产运营单位的重要工作，一旦上述线路发生故障，轻则造成供电中断，引发重大经济损失，重则引起社会公共秩序混乱，严重影响城市安全稳定。目前，城市在运高压电缆线路中普遍存在缓冲层电气性能缺陷，在复杂的运行环境下其可能发生放电、烧蚀等现象，造成绝缘屏蔽损伤，严重时可能发展为击穿故障。为了消除在运电缆缓冲层的“存量”缺陷隐患目前已有研究人员提出基于石墨粉体注入的方式提高电缆缓冲层与铝护套间的接触效果，提升二者间电导率从避免电缆缓冲烧蚀故障的发生，但目前对于该修复方法技术尚未成熟，注入参数包括注入压力、石墨粉体粒径的选取缺少指导依据，同时对于石墨粉体在缓冲层与铝护套间的扩散规律尚不清楚。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出基于石墨粉体注入的高压电缆缓冲层修复效果仿真方法，能够对修复后缓冲层石墨粉体扩散均匀性及扩散距离进行评估，对电缆修复工作有重要意义，同时能够通过仿真手段指导工程现场注入过程，以提高修复效果。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

基于石墨粉体注入的高压电缆缓冲层修复效果仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、根据220KV高压电缆皱纹铝护套的结构和参数建立220KV高压电缆皱纹铝护套三维仿真模型；

步骤2、设置注入压力及石墨粉体粒径仿真参数；

步骤3、根据标准k-ε湍流方程和石墨粉体受力方程，建立石墨粉体扩散控制方程，将步骤2设置的仿真参数带入体扩散控制方程，并将步骤1的三维模型作为计算域进行迭代求解，得到不同注入压力及不同粒径下石墨粉体扩散附着效果。

而且，所述步骤1中220KV高压电缆皱纹铝护套的结构和参数包括：皱纹铝护套呈螺旋结构，具有规则截距和轧纹深度，从轴向截面看其轮廓为正弦波形，波纹峰值间距为3cm，轧纹深度为5mm。

而且，所述步骤1中建立220KV高压电缆皱纹铝护套三维仿真模型包括以下步骤：

步骤1.1、绘制轧纹深度与波纹铝护套总长度参考基准线；

步骤1.2、将轧纹深度参考基准线绕波纹铝护套绘制总长度参考线旋转形成螺旋曲面，并且旋转间距为3cm；

步骤1.3、获取步骤1.2中螺旋曲面表面参数化螺旋线，并在螺旋线起点处绘制直径102mm的圆；

步骤1.4、将步骤1.3中绘制的圆作为螺旋曲面的扫描实体，波纹铝护套绘制总长度参考线作为扫描方向，曲面表面参数化螺旋线作为扫描路径，得到皱纹铝护套模型三维仿真模型。

而且，所述步骤3中建立的石墨粉体扩散控制方程分为连续相控制方程及离散相控制方程。

而且，所述连续相控制方程为：