[發明專利]一種用于特高壓直流電纜的接頭增強絕緣的方法及系統

在審

• 申請號: 202110078512.X
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN113158504A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 劉宗喜;歐陽本紅;趙鵬;劉松華;王昱力;王格;陳錚錚;李紅雷
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國網上海市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;H02G15/08;G06F113/16;G06F119/08;G06F119/22
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理有限公司 11266
• 代理人: 夏德政

1.一種用于特高壓直流電纜的接頭增強絕緣的方法，所述方法包括：

對特征高壓直流電纜接頭的絕緣材料及原始增強絕緣材料，進行不同溫度及不同場強下的電導率測試，獲取測試數據，對測試數據進行電導率擬合，確定表征參數；

針對特高壓直流電纜接頭，對特高壓直流電纜接頭模型在預設的條件下，進行電熱耦合物理場仿真計算，確定特高壓直流電纜接頭絕緣和增強絕緣界面長度，及接頭增強絕緣厚度；

根據表征參數，以仿真計算獲取絕緣和增強絕緣界面長度、接頭增強絕緣厚度的優化數據；

對特高壓直流電纜接頭增強絕緣材料進行改性處理，對改性的不同增強絕緣材料的電導率測試數據，對測試數據進行電導率擬合，獲取改性增強絕緣材料的電導率擬合參數；

所述改性增強絕緣材料的電導率的擬合參數用于確定特高壓直流電纜的接頭內增強絕緣材料的類型；

根據接頭內增強絕緣材料的類型，按照尺寸信息安裝絕緣結構，所述絕緣結構用于增強特高壓直流電纜的接頭絕緣性能。

2.根據權利要求1所述的方法，所述對測試數據進行電導率擬合使用如下公式：

其中，σ為電導率，T為測試溫度，E為測試電場且E0，A為材料常數，B為場強系數，為活化能，q為電子電荷量，k_b為波爾茲曼常數；

表征參數包括：材料常數A、場強系數B、和活化能參數

3.根據權利要求1所述的方法，所述特高壓直流電纜接頭模型的建立包括：

確定特高壓直流電纜接頭中應力錐和高壓屏蔽管的外形曲線，獲得配合的特高壓直流電纜接頭的絕緣材料及增強絕緣材料的絕緣層、外屏蔽層、緩沖層、金屬護套和外護套外徑和厚度的參數，根據參數建立特高壓直流電纜接頭的軸向剖面二維圖形，根據軸向剖面二維圖形建立特高壓直流電纜接頭模型。

4.根據權利要求1所述的方法，所述進行電熱耦合物理場仿真計算，包括：

特高壓直流電纜接頭模型中各部件單元賦以電導率、相對介電常數、密度、比熱容和導熱系數參數，在額定電壓U、額定電流I和預設溫度的件下，按照電磁場物理方程和固體傳熱物理方程，進行耦合仿真計算：

電磁場物理方程，如下：

其中，J為全電流密度，Q_j,V為總電荷量，σ為電導率，E為電場強度，J_e為位移電流密度；

固體傳熱物理方程，如下：

其中，t為預設溫度，k為導熱系數，Q＝J·E為電纜內部熱源，Q_out為電纜外部熱源。

5.根據權利要求1所述的方法，所述獲取絕緣和增強絕緣界面長度，包括：

根據如下公式確定，絕緣和增強絕緣界面初始長度L；

以預設距離為一個間隔，增加接頭絕緣和增強絕緣界面的初始長度，確定空負載和滿負載條件下，不同界面長度的特高壓直流電纜接頭模型中電場分布，若空負載和滿負載條件下接頭界面切向電場的變化率ΔE％≥1％，則繼續增加界面長度，直至ΔE％＜1％，取最后一次計算前一次的長度作為特高壓直流電纜接頭界面長度；

ΔE％為接頭界面切向電場變化率，E_T為界面臨界擊穿場強。

6.根據權利要求1所述的方法，所述獲取接頭增強絕緣厚度，包括：

根據如下公式確定，接頭增強絕緣層的初始厚度：

以預設距離為一個間隔，減小接頭增強絕緣的初始厚度，確定滿負載條件下特高壓直流電纜接頭模型中電纜導體的穩態溫度，若滿負載條件下電纜導體的穩態溫度大于T_max，繼續減小接頭增強絕緣的厚度，直至導體最高穩態溫度小于且接近T_max，取最后一次計算的厚度值作為特高壓直流電纜接頭增強絕緣的厚度；

T_max為特高壓直流電纜絕緣材料最高允許持續工作溫度。