[发明专利]一种高压直流电缆绝缘层仿真方法、装置、设备及介质

说明书

本发明公开了一种高压直流电缆绝缘层仿真方法、装置、设备及介质，涉及高压直流电缆仿真技术领域。该方法包括：根据目标高压直流电缆材料性能参数和绝缘层内部电导率‑电热耦合场模型，仿真得到稳态时的电场分布和温度场分布；根据稳态时的电场分布和温度场分布、高压直流电缆几何模型的绝缘层界面处同极性空间电荷注入过程和抽出过程、高压直流电缆几何模型的绝缘层内部杂质分子解离生成异极性空间电荷的过程以及同极性空间电荷载流子输运特性机制和异极性空间电荷载流子输运特性机制，运行绝缘层内部电荷‑电热耦合场模型，得到最终空间电荷和电热场分布，为高压直流电缆的设计及运行提供理论指导。

技术领域

本发明涉及高压直流电缆仿真技术领域，特别是涉及一种高压直流电缆绝缘层内部稳态空间电荷分布和电热场分布的仿真方法、装置、设备及介质。

背景技术

高压直流电缆是高压直流输电系统中的关键基础设备，是构建直流电网的物理基础，其运行状态直接关系到电力系统的安全与稳定。高压直流电缆稳态运行时，绝缘层内部电热场分布对电缆高压直流电缆运行状态起着至关重要的影响。其主要原因是在温度梯度和直流电场梯度下绝缘层内部存在空间电荷积聚，积聚的空间电荷会引起局部电场畸变，加速绝缘老化与破坏过程。研究稳态运行时高压直流电缆的绝缘层内部的空间电荷分布和电热场分布特性具有重大意义。

高压直流电缆绝缘层内部空间电荷主要来源有以下三种：

1)电极注入的同极性空间电荷；2)杂质解离形成的异极性空间电荷；3)介电参数变化导致的空间电荷。而在高温高场强下前两种类型的空间电荷对电场分布影响最大。现有计算高压直流电缆绝缘层内部电场分布的方法主要有两种思路：一种是通过直流电导率计算电场分布，电导率、温度、电场强度三者之间存在相互耦合作用，通过电流场公式计算电场分布；另一种思路是在计算绝缘层内部空间电荷分布后，利用泊松方程计算电场分布。

由于现有研究所建立电缆模型绝缘层厚度较薄，并未充分考虑温度梯度和电场梯度的影响，主要考虑了电极注入的同极性空间电荷的影响。但是随着电力系统的电压等级和输送容量的不断提升，高压直流电缆的绝缘厚度、绝缘层内部电场梯度和温度梯度不断加大，必须同时考虑电极注入的同极性空间电荷和杂质解离形成的异极性空间电荷对电场的畸变作用才能更加精准计算。另外，电导率是影响空间电荷和电场分布的关键参数，现有计算方法并未考虑电导率对空间电荷分布的影响，因此，亟需提供一种适用于研究高压直流电缆绝缘层内部稳态空间电荷分布和电热场分布的仿真方法、装置、设备及介质，为高压直流电缆的设计及运行提供理论指导。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压直流电缆绝缘层内部稳态空间电荷分布和电热场分布的仿真方法、装置、设备及介质，能通过仿真得到高压直流电缆在稳态运行时的绝缘层内部的空间电荷分布和电热场分布，为高压直流电缆的设计及运行提供理论指导。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

第一方面，本发明提供了一种高压直流电缆绝缘层内部稳态空间电荷分布和电热场分布的仿真方法，包括：

根据目标高压直流电缆的几何结构和几何尺寸，确定目标高压直流电缆模型，并设置目标高压直流电缆材料性能参数和仿真参数；所述仿真参数包括同极性电荷和异极性电荷载流子输运参数；所述目标高压直流电缆模型包括高压直流电缆几何模型、绝缘层内部电导率-电热耦合场模型和绝缘层内部电荷-电热耦合场模型；

根据目标绝缘层内部电导率-电热耦合场模型，仿真得到不考虑空间电荷且稳态时的电场分布和温度场分布；所述目标绝缘层内部电导率-电热耦合场模型包括所述目标高压直流电缆模型中的绝缘层内部电导率-电热耦合场模型以及对应的仿真参数

设置第一过程、第二过程和目标机制；所述第一过程为在所述目标高压直流电缆几何模型的绝缘层界面处同极性空间电荷注入过程和抽出过程；所述第二过程为在所述目标高压直流电缆几何模型的绝缘层内部杂质分子解离生成异极性空间电荷的过程；所述目标机制包括同极性空间电荷载流子输运特性机制和异极性空间电荷载流子输运特性机制；