[發明專利]一種電纜老化虛擬仿真試驗平臺及方法

在審

• 申請號: 202110029635.4
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112861392A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 王莉;花旭;張瑤佳
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C10/00;G16C60/00;G06F113/16;G06F119/04;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 艾中蘭

1.一種電纜老化虛擬仿真試驗平臺，其特征在于包括：

絕緣材料參數計算模塊，用于建立絕緣材料分子老化模型，通過設定分子老化模型中不同老化產物的含量、分子聚合度和密度信息實現對絕緣材料老化程度的控制；對不同分子老化模型進行分子動力學模擬，提取相關分子信息進行材料參數的計算；

電纜特征參數計算模塊，用于建立含有缺陷的電纜有限元模型，施加各種環境應力載荷、設定邊界條件和多場耦合關系，并基于分子動力學模擬所計算出的材料參數進行電纜單場及多場耦合仿真，然后提取各種場值分布信息，計算電纜特征參數；

電纜壽命預計模塊，基于電纜單場及多場耦合仿真所計算出的特征參數建立濕、熱、電、磨損單因素壽命模型，以及濕-熱、熱-電、濕-熱-電多因素壽命模型，并根據電纜特征參數計算電纜剩余壽命；

可視化模塊，用于繪制電纜剩余壽命曲線，并顯示絕緣材料老化過程中的微觀現象和電纜老化過程中的宏觀現象。

2.如權利要求1所述的電纜老化虛擬仿真試驗平臺，其特征在于所述材料參數包括力學性能參數、電氣性能參數和熱性能參數，所述力學性能參數具體包括楊氏模量、剪切模量、體積模量和泊松比，所述電氣性能參數具體包括介電常數和電導率，熱性能參數具體包括導熱系數、熱膨脹系數和比熱容。

3.如權利要求1所述的電纜老化虛擬仿真試驗平臺，其特征在于所述分子老化模型包括濕、熱、電單因素老化分子模型和濕-熱、熱-電、濕-熱-電多因素老化分子模型。

4.如權利要求1所述的電纜老化虛擬仿真試驗平臺，其特征在于所述場值分布信息包括電場強度、磁場強度、溫度、位移和應力分布，所述電纜特征參數包括電阻、電導、電容、電感、特征阻抗、擊穿電壓和載流量。

5.如權利要求1所述的電纜老化虛擬仿真試驗平臺，其特征在于所述微觀現象包括水分子擴散、帶電粒子擴散、分子鏈裂解和氧化，所述宏觀現象包括電纜老化層變化、電纜磨損層變化和電纜特征參數變化。

6.如權利要求1所述的電纜老化虛擬仿真試驗平臺，其特征在于所述電纜壽命預計模塊以電纜特征阻抗為老化特征量建立電纜壽命模型。

7.一種電纜老化虛擬仿真試驗方法，其特征在于包括如下步驟：

絕緣材料參數計算：

建立絕緣材料分子老化模型，通過設定分子老化模型中不同老化產物的含量、分子聚合度和密度信息實現對絕緣材料老化程度的控制；對不同分子老化模型進行分子動力學模擬，提取相關分子信息進行材料參數的計算；

電纜特征參數計算：

建立含有缺陷的電纜有限元模型，施加各種環境應力載荷、設定邊界條件和多場耦合關系，并基于分子動力學模擬所計算出的材料參數進行電纜單場及多場耦合仿真，然后提取各種場值分布信息，計算電纜特征參數；

電纜壽命預計：

基于電纜單場及多場耦合仿真所計算出的特征參數建立濕、熱、電、磨損單因素壽命模型，以及濕-熱、熱-電、濕-熱-電多因素壽命模型，并根據電纜特征參數計算電纜剩余壽命；

老化過程可視化：

繪制電纜剩余壽命曲線，并顯示絕緣材料老化過程中的微觀現象和電纜老化過程中的宏觀現象。

8.根據權利要求7所述的電纜老化虛擬仿真試驗方法，其特征在于：

以電纜特征阻抗為老化特征量建立電纜壽命模型，電纜特征阻抗計算方法如下：首先對分子模型進行分子動力學模擬，提取分子偶極矩信息計算材料介電常數，再通過有限單元法實現電磁場數值計算，提取電纜分布參數，計算特征阻抗。