[發(fā)明專利]一種基于表面溫度概率密度分布的電纜內(nèi)部缺陷表征方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810411264.4
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108920742B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓麗;馬東春;楊帆;高兵;劉玲;楊海生;冉佳;孫凱;李晉賢
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)山西省電力公司晉中供電公司;重慶大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/08;G06F111/10;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 重慶市恒信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅;陳棟梁

本發(fā)明公開了一種基于表面溫度概率密度分布的電纜內(nèi)部缺陷表征方法，首先建立起XLPE電纜接頭電磁?熱耦合模型，并利用有限元軟件COMSOL獲取其表面溫度分布，其次，從圖像角度考慮，分析表面溫度統(tǒng)計特性，采用其表面溫度概率密度分布表征內(nèi)部缺陷造成的溫度分布差異性；最后通過分析不同電纜內(nèi)部缺陷下的溫度概率密度分布規(guī)律，以獲取溫度概率密度分布與內(nèi)部缺陷的映射關(guān)系，以實現(xiàn)電纜不同工藝缺陷的有效表征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電纜工藝缺陷的表征方法，特別涉及了一種基于表面溫度概率密度分布和電磁-熱耦合模型的電纜缺陷表征方法。

背景技術(shù)

隨著我國城鄉(xiāng)一體化工程的大力推進以及城市電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，電力電纜逐漸得到廣泛使用，但是由于電纜制作、敷設(shè)的不規(guī)范或者惡劣的運行環(huán)境，導(dǎo)致其容易出現(xiàn)電纜接頭接觸電阻過大以及電纜偏心問題。上述兩者均會導(dǎo)致電纜內(nèi)部熱損耗增大，絕緣能力變?nèi)酰M而導(dǎo)致電纜接頭局部過熱，嚴重時會引起電纜短路、爆炸甚至引發(fā)重大火災(zāi)事故。因此需要能夠有效檢測電纜內(nèi)部缺陷的方法。

電纜內(nèi)部缺陷會造成電纜電磁損耗增大，絕緣逐步老化，導(dǎo)致表面溫度發(fā)生改變，常見的接頭內(nèi)部故障有電纜接觸電阻過大和電纜偏心。目前針對電纜溫度特性，開展了相關(guān)研究，包括利用溫度傳感器和紅外熱像儀等設(shè)備，而紅外熱像儀由于溫度響應(yīng)快，不破壞原有溫度場和非接觸的測量方式而被廣泛應(yīng)用。

然而現(xiàn)有利用溫度診斷電纜缺陷時，更為利用其表面某一點溫度或者平均值，并未考慮其表面溫度分布的統(tǒng)計特性及概率密度，以及較少考慮其運行過程中多物理場之間的耦合影響。而在實際情況下為了更準確診斷電纜內(nèi)部缺陷，需要利用其溫度整體分布規(guī)律，并考慮不同物理場之間的耦合效應(yīng)，因此在考慮電纜多物理場耦合效應(yīng)的基礎(chǔ)上，并從圖像統(tǒng)計學(xué)的角度出發(fā)，利用表面溫度分布統(tǒng)計特性對電纜內(nèi)部缺陷進行表征，從而為電纜運行檢測和評估提供參考。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種針對電纜內(nèi)部工藝缺陷的評估方法，提出了一種基于電纜表面溫度概率密度分布的表征方法。基于電纜表面溫度分布規(guī)律，從統(tǒng)計學(xué)角度，利用其統(tǒng)計特性表征因內(nèi)部缺陷造成的整體溫度差異；并通過分析不同缺陷下的分布規(guī)律，得到表面溫度概率密度函數(shù)與工藝缺陷類型和程度的映射關(guān)系。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于表面溫度概率密度分布的電纜內(nèi)部缺陷表征方法，其包括以下步驟：

1)、在有限元軟件中搭建電纜接頭物理模型；

2)、對電纜接頭模型進行有限元網(wǎng)格剖分，其中有限元網(wǎng)格劃分采用不均分網(wǎng)格的劃分方式；

3)、根據(jù)環(huán)境溫度和模型材料參數(shù)，并結(jié)合電磁-熱場控制方程和邊界條件，將電磁損耗作為溫度場熱源，結(jié)合實際溫度邊界條件，計算電纜溫度分布，判斷相鄰兩次結(jié)果差值是否滿足計算誤差要求，若不滿足，則進入下一次迭代，直至相鄰兩次迭代計算結(jié)果差值滿足控制精度要求；

4)、計算電纜接頭接觸電阻過大和電纜偏心情況下的溫度分布，采用等效電導(dǎo)率的方式來計算接觸電阻造成的熱損耗影響，同時通過偏移電纜纜芯與絕緣層的距離來模擬電纜絕緣偏心情況，得到電纜內(nèi)部工藝缺陷近似模型；

5)、根據(jù)步驟4)得到的電纜內(nèi)部工藝缺陷近似模型，計算不同缺陷類型和不同缺陷程度下的電纜表面溫度分布，對于任意給定的溫度分布圖像，得到溫度的概率曲線，同時通過概率曲線獲得對應(yīng)的概率密度函數(shù)，進而實現(xiàn)對電纜溫度分布和熱力學(xué)行為的描述；

6)、采取核密度函數(shù)表征電纜表面溫度概率密度函數(shù)分布，并基于不同缺陷類型和程度下的溫度分布規(guī)律，獲得不同缺陷下的電纜溫度核密度函數(shù)，因此通過電纜溫度核密度函數(shù)與缺陷的關(guān)系，可以通過表面溫度概率密度分布反向表征電纜內(nèi)部缺陷。

進一步的，所述步驟2)對電纜接頭模型進行有限元網(wǎng)格剖分是采用四面體單元進行剖分的。