[發明專利]直流電纜絕緣層內空間電荷分布的計算方法、裝置及設備

在審

• 申請號: 202111479293.2
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN114357822A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 展云鵬;侯帥;惠寶軍;傅明利;黎小林;張逸凡;馮賓;朱聞博;陳光輝
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/25;G06F111/10;G06F113/16
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 麥小嬋

本發明公開一種直流電纜絕緣層內空間電荷分布的計算方法、裝置及設備，該方法包括：構建直流電纜幾何模型；設置在所述直流電纜幾何模型的絕緣層界面處的電子電荷注入過程；設置在所述直流電纜幾何模型的絕緣層內部的雜質分子解離過程；設置仿真邊界條件和所述直流電纜幾何模型的仿真模型參數；基于所述直流電纜幾何模型，對直流電纜絕緣層內的空間電荷分布進行仿真，獲得所述直流電纜絕緣層內的空間電荷分布結果。本發明充分考慮了直流電纜的絕緣線芯在交聯反應中產生的雜質分子的解離過程，提高對直流電纜絕緣層內的空間電荷分布結果進行求解的準確性，為交流聚乙烯直流電纜的設計及運行提供理論指導。

技術領域

本發明涉及空間電荷分布計算技術領域，尤其是涉及直流電纜絕緣層內空間電荷分布的計算方法、裝置及設備。

背景技術

由于交聯聚乙烯具有優異的電氣性能和機械性能，其被廣泛應用于交流電纜的主要絕緣材料，然而由于直流電纜中存在空間電荷積聚的問題，對交聯聚乙烯在直流電纜的應用造成了影響。在直流電場的作用下，空間電荷在直流電纜絕緣內積聚，造成局部電場升高，加速絕緣老化甚至擊穿。

現有技術中對直流電纜絕緣層內的空間電荷分布進行模擬與計算的方法，通常只考慮了注入電子電荷對直流電纜的絕緣電氣性能的影響，而忽略了交聯副產物對直流電纜的絕緣電氣性能的影響，導致無法準確地模擬直流電纜絕緣層內空間電荷的輸運特性，進而無法準確地對直流電纜絕緣層內的空間電荷分布進行計算，難以為交流聚乙烯直流電纜的設計及運行提供理論指導。

發明內容

本發明提供一種直流電纜絕緣層內空間電荷分布的計算方法、裝置及設備，以解決如何準確地對直流電纜絕緣層內空間電荷分布進行計算的技術問題，該方法充分考慮了直流電纜的絕緣線芯在交聯反應中產生的雜質分子的解離過程，準確地對直流電纜絕緣層內的空間電荷分布進行仿真，進而提高對直流電纜絕緣層內的空間電荷分布結果進行求解的準確性，有利于為交流聚乙烯直流電纜的設計及運行提供理論指導。

為了解決上述技術問題，本發明實施例第一方面提供一種直流電纜絕緣層內空間電荷分布的計算方法，包括：

構建直流電纜幾何模型；

設置在所述直流電纜幾何模型的絕緣層界面處的電子電荷注入過程；

設置在所述直流電纜幾何模型的絕緣層內部的雜質分子解離過程；

設置仿真邊界條件和所述直流電纜幾何模型的仿真模型參數；

基于所述直流電纜幾何模型，對直流電纜絕緣層內的空間電荷分布進行仿真，獲得所述直流電纜絕緣層內的空間電荷分布結果。

優選地，所述設置在所述直流電纜幾何模型的絕緣層界面處的電子電荷注入過程，具體為：

基于肖特基注入電流密度表達式，對在所述直流電纜幾何模型的絕緣層界面處的電子電荷注入過程進行設置。

優選地，所述肖特基注入電流密度表達式具體為：

其中，j_e(r_o,t)和j_h(r_i,t)分別表示電子載流子和空穴載流子的注入密度，r_o為絕緣層的外徑，r_i為絕緣層的內徑，w_ei和w_hi分別表示電子載流子和空穴載流子在絕緣層界面處的注入勢壘高度，A為理查德森常數，k_B為玻爾茲曼常數，e為元電荷，T為溫度，r為沿絕緣徑向位置，E為電場強度，ε₀為真空介電常數，ε_r為電介質相對介電常數。

優選地，所述設置在所述直流電纜幾何模型的絕緣層內部的雜質分子解離過程，包括：