[發明專利]一種500kV超高壓電纜的熱應力及形變量的計算方法

有效

• 申請號: 201710608381.5
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107526872B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 王光明;郭湘奇;付明星;儲強;馬宏忠;陳偉;潘偉;劉寶穩;吳書煜
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力公司南京供電公司;河海大學;國網江蘇省電力公司;國家電網公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/16;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 閆彪

本發明涉及一種500kV超高壓電纜的熱應力及形變量的計算方法，屬于專門適用于特定應用的數字計算或數據處理的設備或方法技術領域。該方法執行如下步驟：1）建立超高壓電纜模型；2）施加激勵，進行磁場分析；3）進行溫度場分析；4）進行應力場分析，得到最終結果。本發明借助ANSYS Workbench有限元分析軟件，通過耦合多物理場進行分析，即磁場、溫度場和應力場，將通過磁場分析得到的導體損耗和金屬護層損耗作為溫度場分析的熱損耗載荷，再將溫度場分析的結果作為溫度載荷施加到高壓電纜模型上，進行應力場的分析，從而得到當前狀況下準確的電纜應力大小和形變量。

技術領域

本發明涉及一種500kV超高壓電纜的熱應力及形變量的計算方法，屬于專門適用于特定應用的數字計算或數據處理的設備或方法技術領域。

背景技術

隨著經濟建設的迅速發展，高電壓長距離大截面電纜得到越來越多的廣泛運用，高壓電纜在運行中受到的熱應力正成為導致電力電纜故障的主要原因之一，經統計，南京地區近幾年的高壓電纜故障，由熱應力引起的故障比例已高達36.2％。但由于國內外對熱應力這方面的研究甚少，因此在高壓電纜故障分析的時候該原因會很容易被忽略，而將其他原因誤認為是導致故障的最根本原因，從而無法了解事實真相，無法從故障中吸取經驗教訓來提高電纜的運行管理水平，也就無法避免下一次由熱應力的作用導致電纜故障的發生。

超高壓電纜作為輸電環節的重要載體，電纜穩定安全運行是系統穩定的先決條件。導體溫度作為電纜的關鍵狀態參數，不僅決定電纜的最大載流能力，還威脅電纜的安全穩定運行。此外，運行溫度過高，大截面的超高壓電纜還會產生較大的熱應力，破壞電纜結構，在電纜內部留下印痕，進而產生局部放電故障；同時，熱應力會使電纜產生變形，長期運行累積的變形，會提高電纜發生事故的概率。因此，準確把握超高壓電纜熱應力及變形狀態，制定科學合理的運維策略，降低電纜事故比例，對超高壓電纜的安全運行起到關鍵作用。

目前，《城市電力電纜設計技術規定》中涉及電纜熱應力的相關計算，但規定中給定的計算方法粗糙，只是工程經驗公式，沒有具體的理論支撐，無法作為電纜熱應力及變形狀態監測的依據。而在其他現有關于電纜的研究中，更多關注電纜溫度與載流量的關系，并沒有給出電纜熱應力及變形的具體計算分析方法，因此急需一種運行電纜熱應力及變形計算方法用于電纜運行狀態監測。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提出一種可以準確計算500kV超高壓電纜的熱應力及形變量的方法。

本發明為了解決上述技術問題提出的技術方案是：一種500kV超高壓電纜的熱應力及形變量的計算方法，執行如下步驟：

1)將所述500kV超高壓電纜通過ANSYS Workbench有限元軟件建立超高壓電纜模型，

所述超高壓電纜模型由內到外依次為導體、絕緣層、緩沖層、金屬護層和外護套；

2)對所述超高壓電纜模型施加電流激勵，進行磁場分析，得到所述500kV超高壓電纜的導體損耗和金屬護層損耗；

在進行磁場分析時，所述超高壓電纜模型的電磁邊界條件為第四類電磁邊界條件，所述超高壓電纜模型的空氣求解域邊界矢量磁位為0、所述超高壓電纜模型的電纜軸向兩端面邊界的矢量磁位為0；

3)將所述導體損耗和所述金屬護層損耗作為電纜的熱損耗載荷施加到超高壓電纜模型上，進行溫度場分析，得到超高壓電纜模型的溫度場分布結果；

在所述溫度場分析時設定為絕熱邊界，法向熱流密度為0，所述超高壓電纜模型的外護套的表面滿足第三類對熱換流邊界條件；所述超高壓電纜模型的電纜軸向兩個端面滿足第二類邊界條件；

4)將溫度場分析結果作為溫度載荷施加到所述超高壓電纜模型上，進行應力場分析，最終得到超高壓電纜模型的應力大小及形變量的計算結果；