[發明專利]一種高壓套管內部缺陷的熱等效分析方法

有效

• 申請號: 202110441030.6
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113128059B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 劉凱;吳廣寧;曾永紅;林牧;高波;楊雁;李春茂
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李夢蝶

本發明公開了一種高壓套管內部缺陷的熱等效分析方法，首先將高壓套管多層結構簡化為多層柱狀簡化模型，再將多層柱狀簡化模型等效為單層柱狀等效模型，并將高壓套管內部缺陷等效為單層柱狀等效模型的內部熱源；根據高壓套管的材料組成，分別確定多層柱狀簡化模型各層的熱導率等材料參數，并根據多層平壁穩定傳熱過程，確定單層柱狀等效模型的等效熱導率，由此將高壓套管多層傳熱分析等效為單層傳熱分析。本發明極大簡化了對高壓套管的熱分析過程，是一種精確、高效、快速的高壓套管內部缺陷熱分析方法，對高壓套管內部缺陷熱分析具有重要意義。

技術領域

本發明屬于高壓套管內部缺陷熱分析技術領域，具體涉及一種高壓套管內部缺陷的熱等效分析方法的設計。

背景技術

電力系統在我國經濟社會發展中具有重要作用。套管為在高壓電力系統中起到絕緣和支撐作用的器件，其良好的服役性能是保障高壓電力系統安全、穩定運行的必要條件。然而，隨著電壓等級的提升和電力需求劇增，高壓套管絕緣電阻降低，發生沿面閃絡，導致內部缺陷擴展、發熱，已成為威脅電力系統安全運行的關鍵問題。高壓套管內部缺陷常導致高壓套管發熱，甚至造成套管失效，因此有必要掌握高壓套管內部熱缺陷，并對高壓套管熱狀態進行分析，對于預防套管故障、保障電力系統安全可靠運行具有重要意義。

然而高壓套管有多層包覆絕緣結構，對套管的熱解析分析計算繁瑣復雜，在內部出現熱缺陷時難以直接有效求解，目前對多層結構下套管的熱分析多采用有限元等數值求解方法，但該類方法僅能得到數值近似解，難以得到精確解。

發明內容

本發明的目的是為了簡化高壓套管的熱分析過程，并對套管內部熱缺陷進行精確解析，提出了一種高壓套管內部缺陷的熱等效分析方法。

本發明的技術方案為：一種高壓套管內部缺陷的熱等效分析方法，包括以下步驟：

S1、將高壓套管多層結構簡化為多層柱狀簡化模型。

S2、根據高壓套管的材料組成，分別確定多層柱狀簡化模型中各層的熱導率和厚度。

S3、將多層柱狀簡化模型等效為單層柱狀等效模型，并將高壓套管內部缺陷等效為單層柱狀等效模型的內部熱源。

S4、根據多層柱狀簡化模型中各層的熱導率和厚度確定單層柱狀等效模型的等效熱導率，將高壓套管的多層傳熱問題等效為單層傳熱問題，實現采用單層柱狀等效模型對高壓套管多層傳熱結構的等效熱分析。

進一步地，步驟S1中簡化得到的多層柱狀簡化模型包括依次設置的導電桿層、電容層、絕緣紙層、絕緣筒層和瓷套層。

進一步地，步驟S4中單層柱狀等效模型的等效熱導率λ_e的計算公式為：

其中λ₁,λ₂,λ₃,λ₄,λ₅分別表示導電桿層、電容層、絕緣紙層、絕緣筒層和瓷套層的熱導率，δ₁,δ₂,δ₃,δ₄,δ₅分別表示導電桿層、電容層、絕緣紙層、絕緣筒層和瓷套層的厚度，δ_e＝δ₁+δ₂+δ₃+δ₄+δ₅表示單層柱狀等效模型的等效層厚度。

進一步地，步驟S4中采用單層柱狀等效模型對高壓套管多層傳熱結構的等效熱分析公式為：

其中q表示多層柱狀簡化模型中的單位面積熱流，t₁,t₆分別表示多層柱狀簡化模型兩側的表面溫度。