[發明專利]一種海底電纜快速放電混聯電阻優化設計方法

在審

• 申請號: 202110774307.7
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113659554A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 陳杰;曹京滎;何康;楊景剛;陶風波;張量;何嘉弘;劉建軍;譚笑;李陳瑩;胡麗斌;張偉;董博文
• 申請（專利權）人: 江蘇省電力試驗研究院有限公司;國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司;國網江蘇省電力有限公司;東南大學
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 顏盈靜

本發明公開了一種海底電纜快速放電混聯電阻優化設計方法，包括：步驟1：根據電阻體積、串聯節數和各節電阻的阻值，得到多個電阻混聯設計方案；步驟2：按照各混聯設計方案，對海底電纜進行放電；且在放電過程中，計算各混聯設計方案下各節電阻溫度、空間內電勢與場強分布以及各混聯設計方案下放電過程所需要的時間；步驟3：基于步驟2的計算結果，選取符合散熱要求、均壓要求、耐壓要求以及周圍靜電場感應要求的混聯設計方案；步驟4：從步驟3篩選出來的方案中，選擇放電過程所需要的時間最短的方案作為最優的電阻混聯設計方案；本發明兼顧了放電電阻耐熱耐壓要求，在提高放電速率的同時，保證了放電電阻的安全運行。

技術領域

本發明屬于海底電纜工程領域，具體涉及一種海底電纜快速放電混聯電阻優化設計方法。

背景技術

由于直流海底電纜直流耐壓試驗屬于破壞性試驗，因此在直流耐壓后應對電纜盡快放電，以防止電纜中殘余的高電壓對電纜絕緣造成破壞。電纜終端放電電阻由多節電阻串聯而成，在放電過程會逐漸短接若干節電阻以加快放電速度。

但放電電阻在放電過程中，存在安全隱患。

發明內容

發明目的：為使放電過程安全進行以及解決長距離高壓直流海底電纜的快速放電問題，本發明提出了一種海底電纜快速放電混聯電阻優化設計方法，可用于對電纜終端停電檢修或耐壓試驗等工程領域，使放電電阻在放電過程中滿足散熱、耐壓、均壓及靜電場場強要求，使放電過程安全地進行。

技術方案：一種海底電纜快速放電混聯電阻優化設計方法，包括以下步驟：

步驟1：根據電阻體積、串聯節數和各節電阻的阻值，得到多個電阻混聯設計方案；

步驟2：按照各混聯設計方案，對海底電纜進行放電；且在放電過程中，計算各混聯設計方案下各節電阻溫度、空間內電勢與場強分布以及各混聯設計方案下放電過程所需要的時間；

步驟3：基于步驟2的計算結果，選取符合散熱要求、均壓要求、耐壓要求以及周圍靜電場感應要求的混聯設計方案；

步驟4：從步驟3篩選出來的方案中，選擇放電過程所需要的時間最短的方案作為最優的電阻混聯設計方案。

進一步的，步驟2中，所述的按照各混聯設計方案，對海底電纜進行放電，具體包括：

在每個時刻將接入放電回路的電阻由m節變為(m-1)節，計算此時流經各節電阻的電流和每節電阻的發熱功率；判斷此時是否流經各節電阻的電流均未超過電阻最大允許電流I_max且每節電阻的發熱功率均未超過最大允許總功率P_i.max，若是，則將該時刻作為短接一節電阻的時刻，m＝m-1，否則該時刻接入放電回路的電阻節數維持m節不變；以此進行迭代，直到接入放電回路的電阻節數只剩一節為止。

進一步的，步驟2中，所述的計算各混聯設計方案下在放電過程中各節電阻溫度，具體包括：

對場地使用正交網格剖分，得一系列離散點，對于第(i，j，k)個離散點，建立如下所示的放電電阻溫度變化有限差分法模型：

其中，Δh、Δt分別表示空間和時間剖分步長，T是溫度，ρ、c、λ表示電阻材料的密度、比熱容和導熱系數，Φ是電阻單位體積的發熱功率，n是時間步，在式(3)中，n和n+1的具體含義分別是當前時刻和下一時刻，兩者相差一個時間步長；

借助邊界條件，計算得到放電過程中各節電阻溫度；所述邊界條件為整個計算區域的邊界溫度與初始溫度均為室溫。

進一步的，步驟2中，所述的計算各混聯設計方案下在放電過程中空間內電勢與場強分布，具體包括：

對場地使用正交網格剖分，得一系列離散點，對于離散點c的電勢值由下式計算得到：