[發(fā)明專利]一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法

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• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112668154A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設計）人: 梅冰笑;周路遙;楊帆;王少華;李晉賢;鄭添;劉黎;周象賢;曹俊平;李特;李乃一;王振國;陶瑞祥;溫典
• 申請（專利權）人: 國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學研究院;重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

1.一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其特征在于，包括：

步驟1)，選擇電纜周期性負荷仿真模擬有限元軟件，確定試驗電纜的類型、型號和數(shù)量，獲取電纜的結構及尺寸參數(shù)，得到電纜的二維幾何模型，結合電纜實際敷設環(huán)境，建立電纜在實際敷設環(huán)境中的二維幾何模型，即仿真試驗模型；

步驟2)，參照IEC 60853-2周期性負荷載流量計算標準，建立電纜負荷仿真周期；

步驟3)，根據(jù)電纜的結構，獲取電纜材料的物性參數(shù)；

步驟4)，根據(jù)電纜的實際敷設環(huán)境，確定試驗的環(huán)境參數(shù)；

步驟5)，在電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗中，在電纜導體和電纜表面設置溫度探針，進行載流試驗；

步驟6)，獲取載流試驗過程中電纜導體溫度、電纜表面溫度和電流大小隨時間變化的數(shù)據(jù)，利用仿真試驗模型中設置的溫度探針得到載流過程中導體溫度和電纜表面溫度隨時間的變化規(guī)律，得到電流隨時間的變化規(guī)律。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其特征在于，步驟1)中，所述的電纜周期性負荷仿真模擬有限元軟件為Comsol Multiphysics有限元分析軟件。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其特征在于，步驟2)中，電纜負荷仿真周期的建立是通過在電纜周期性負荷仿真模擬有限元軟件里設置分段函數(shù)或周期函數(shù)實現(xiàn)。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其特征在于，步驟3)中，電纜材料的物性參數(shù)包括導體的材料屬性、半導電層材料屬性、絕緣層材料屬性、阻水緩沖層材料屬性、金屬套材料屬性和外護套材料屬性。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其特征在于，步驟3)中，所述的材料屬性包括材料的導熱系數(shù)、恒壓熱容、電導率、材料密度、相對介電常數(shù)以及相對磁導率六個參數(shù)，并且可被修改。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其特征在于，步驟1)中，電纜的結構參數(shù)包括電纜結構的尺寸參數(shù)，并且其結構參數(shù)和材料屬性參數(shù)可被修改。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其特征在于，基于電磁-熱-流多物理場耦合模型，將電磁感應定律和傳熱學定理應用到仿真試驗計算方法中。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其特征在于，步驟5)中，載流試驗時，根據(jù)麥克斯韋方程組，引入矢量磁位A，對于有外加激勵源存在的電流區(qū)，其磁矢量位的控制方程為：

對于非電流區(qū)域其磁矢量位的控制方程為：

其中，為矢量微分算子，μ為材料磁導率，H/m；A為矢量磁位；σ為材料電導率，S/m；J_s為外加電流密度，A/m²；ω為角頻率，rad/s；J為總電流密度，A/m²；Q_v為單位體積電磁損耗，J/m³；

根據(jù)傳熱學理論，熱傳導微分方程為：

其中，λ為介質(zhì)導熱系數(shù)，W/(m·K)；T_s為固體介質(zhì)溫度，K；Q為介質(zhì)單位體積發(fā)熱率，J/m³。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其特征在于，步驟4)中，試驗的環(huán)境參數(shù)包括電纜的排列方法、初始環(huán)境溫度、對流換熱系數(shù)和導熱系數(shù)。

10.根據(jù)權利要求9所述的一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其特征在于，電纜的排列方法包括同一平面平行緊貼敷設、平行等間距敷設以及三角形緊貼敷設。