[發(fā)明專利]基于有限元的礦用XLPE電纜泄漏電流動態(tài)分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710476869.7
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107506511B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 耿蒲龍;杜亞昆;宋建成;田慕琴;龐丹
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/16
• 代理公司: 太原倍智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 14111
• 代理人: 戎文華

一種基于有限元的礦用XLPE電纜泄漏電流動態(tài)分析方法，所述方法包括結(jié)合懸掛在金屬錨網(wǎng)上的礦用高壓電纜結(jié)構(gòu)，利用COMSOL有限元分析軟件建立電纜幾何模型，通過對XLPE試樣進(jìn)行介電譜測量獲取其介電參數(shù)，并對測量結(jié)果進(jìn)行擬合得到XLPE介電參數(shù)與溫度、電場頻率的數(shù)值關(guān)系，隨后代入電纜各部分材料參數(shù)，設(shè)置初始條件，進(jìn)行網(wǎng)格剖分，對電纜電場、熱場、泄漏電流進(jìn)行仿真計算，并探究泄漏電流隨負(fù)荷系數(shù)、電場頻率的變化規(guī)律。本方法為檢測、防治電纜泄漏電流提供了理論依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種XLPE電纜泄漏電流的分析方法，尤其是一種基于有限元的礦用XLPE電纜泄漏電流動態(tài)分析方法。

技術(shù)背景

煤礦由于其特殊的生產(chǎn)環(huán)境，瓦斯?jié)舛葮O高，極易因火源問題而發(fā)生瓦斯燃燒以及爆炸事故。據(jù)統(tǒng)計，在我國煤礦機(jī)電事故中，由電火花引起的爆炸事故占40%-50%，由于雜散電流管理不善而造成的火災(zāi)與爆炸事故又占到這些故障的25%-35%。目前電纜是井下最主要的電力傳輸與分配電能的設(shè)施，而交流泄漏電流是電纜傳輸電能過程中的必然產(chǎn)物，是交流雜散電流的重要組成部分，并隨著電纜絕緣老化程度的加深而大幅增大，它的存在，一方面會危及人身安全，另一方面易形成雜散電流，進(jìn)而產(chǎn)生電火花，引起瓦斯燃燒、瓦斯爆炸、煤塵爆炸等事故，威脅工礦企業(yè)的生產(chǎn)安全。

目前，國內(nèi)外對于礦井下的電纜泄漏電流方面投入的研究力量不足。因為井下電流檢測設(shè)備目前只能檢測出mA級別的泄漏電流，但礦用高壓電纜的絕緣電阻較高，其泄漏電流常常在pA級別，因此學(xué)者們多采用仿真方法研究。研究方法上，電纜常用的集中等效電路模型有串并聯(lián)結(jié)構(gòu)模型、均勻傳輸線模型等，上述模型的參數(shù)都是固定的，屬于靜態(tài)模型。而在實際應(yīng)用中，電纜為交流電纜，電場頻率也會對電纜的電氣參數(shù)產(chǎn)生影響，比如交流電阻。上述這些模型無法清晰地描述泄漏電流的產(chǎn)生，必須對XLPE電纜的泄漏電流分析模型進(jìn)行改進(jìn)。

有限元法是一種高效能、常用的數(shù)值計算方法，能夠高效地根據(jù)設(shè)定條件對物理場進(jìn)行非常復(fù)雜的計算。在電纜研究方面，“一種基于ANSYS的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜溫度場有限元計算方法”的發(fā)明專利中，利用有限元方法對XLPE電纜的溫度場進(jìn)行了仿真計算；“基于環(huán)境因子監(jiān)測和有限元的地下電力電纜載流量在線預(yù)測系統(tǒng)及其方法”的發(fā)明專利中，對不同環(huán)境下電力電纜的的載流量進(jìn)行了精確的預(yù)測與計算。但以上模型未涉及電纜泄漏電流，且電纜參數(shù)為固定參數(shù)，與實際電纜有所差距。考慮到電纜絕緣的參數(shù)，如電導(dǎo)率、復(fù)介電常數(shù)與溫度、頻率、電場、絕緣狀態(tài)等因素相關(guān)。電纜運行狀態(tài)不同，電纜絕緣的等效參數(shù)不同，電流響應(yīng)情況會有所變化。因此，有必要通過對XLPE試樣進(jìn)行試驗，將絕緣參數(shù)與運行狀態(tài)結(jié)合起來，提出一種礦用XLPE電纜泄漏電流動態(tài)分析方法以準(zhǔn)確地分析不同運行狀態(tài)下的電流響應(yīng)情況，明確電纜泄漏電流隨運行狀態(tài)的變化規(guī)律，這對制定泄漏電流防治措施具有一定的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述現(xiàn)有電纜泄漏電流的技術(shù)狀況，本發(fā)明提供一種基于有限元的礦用XLPE電纜泄漏電流動態(tài)分析方法。

上述目的是通過以下具體技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

一種基于有限元的礦用XLPE電纜泄漏電流動態(tài)分析方法，所述分析方法是按下列步驟進(jìn)行的：

（1）以懸掛在金屬錨網(wǎng)上的礦用電纜為建模對象，基于仿真軟件COMSOL進(jìn)行幾何建模，模型包括導(dǎo)體線芯、導(dǎo)體屏蔽層、XLPE絕緣層、絕緣屏蔽層、金屬屏蔽層、填充帶、繞包帶、內(nèi)護(hù)套、鎧裝層及外護(hù)套；

（2）以礦用電纜結(jié)構(gòu)為對象，建立電場、熱場分布等效模型，確定電纜各結(jié)構(gòu)材料，并進(jìn)行電、熱參數(shù)選擇，需要確定電參數(shù)的結(jié)構(gòu)有導(dǎo)體線芯、導(dǎo)體屏蔽層、XLPE絕緣層、絕緣屏蔽層、金屬屏蔽層；需要確定熱參數(shù)的結(jié)構(gòu)有導(dǎo)體線芯、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、金屬屏蔽層、填充帶、繞包帶、內(nèi)護(hù)套、鎧裝層、外護(hù)套；