获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法及系统技术方案

本发明专利技术属于高压电缆接头绝缘技术领域，公开了一种获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法及系统；所述方法包括：获取施加于高压电缆接头的操作过电压；将获取的操作过电压进行傅里叶级数分解，得到不同频率正弦电压；基于获取的不同频率正弦电压和复介电常数构成的拉普拉斯方程计算时谐电场，采用有限元时谐电场计算方法搭建高压电缆接头的仿真模型，获取不同频率正弦电压的容阻场分布；叠加不同频率正弦电压的容阻场分布，获得操作过电压下高压电缆接头电场分布。本发明专利技术能够得到的操作过电压下电缆接头电场分布，后续基于电场分布可获得较准确的电缆接头薄弱环节。分布可获得较准确的电缆接头薄弱环节。分布可获得较准确的电缆接头薄弱环节。

【技术实现步骤摘要】
获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法及系统


[0001]本专利技术属于高压电缆接头绝缘
，特别涉及一种获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法及系统。

技术介绍

[0002]随着电力需求的增长和城市电网的改造，电力电缆及其附件得到了广泛的关注和应用。高压电缆接头已成为高压电缆系统的薄弱环节，近年来发生的多起合闸时高压电缆接头击穿后发生爆炸的事故，严重影响了电网安全运行，也造成了严重经济损失。
[0003]国内外对电力系统中电力设备的工频过电压进行了大量的研究，也对工频电压下高压电缆接头电场分布进行了研究。其中，有文献统计了高压电缆系统在接头失效时的运行状态，发现接头故障多半出现在线路合闸送电的瞬间；目前有观点认为高压电缆接头故障多由应力锥与交联聚乙烯绝缘复合界面处的放电以及接头增强绝缘内部电树枝放电引起；有文献发现发生爆炸的高压电缆接头内部存在从高压半导电管两侧拐角处向其增强绝缘深处延伸的电树枝，认为电压频率的升高会导致单位时间内电树通道的局部放电频次增加，从而加速增强绝缘中电树的生长速度，使得电缆接头成为高压电缆线路中的薄弱环节；有文献考虑到电缆接头和电缆本体的波阻抗不同，在断路器合闸的过程中行波从电缆本体传输到电缆接头处会发生折射和反射，导致接头处的操作过电压波形发生畸变。
[0004]基于上述陈述可知，现有的高压电缆线路合闸过电压研究都忽略了电缆接头对线路过电压特性的影响，不能准确获取电缆接头薄弱环节；解释性的，电缆线路的仿真模型中没有涉及接头模型，也没有关注断路器合闸时接头内部电场的分布情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的技术方案，能够得到的操作过电压下电缆接头电场分布，后续基于电场分布可获得较准确的电缆接头薄弱环节。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供的一种获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法，包括以下步骤：
[0008]获取施加于高压电缆接头的操作过电压；
[0009]将获取的操作过电压进行傅里叶级数分解，得到不同频率正弦电压；
[0010]基于获取的不同频率正弦电压和复介电常数构成的拉普拉斯方程计算时谐电场，采用有限元时谐电场计算方法搭建高压电缆接头的仿真模型，获取不同频率正弦电压的容阻场分布；
[0011]叠加不同频率正弦电压的容阻场分布，获得操作过电压下高压电缆接头电场分布。
[0012]本专利技术方法的进一步改进在于，所述操作过电压的波形u(t)表达式为，
[0013][0014]式中，是相电压幅值；ω是工频电压角频率；δ是衰减系数；ω0是振荡回路的振荡频率；t是时间。
[0015]本专利技术方法的进一步改进在于，所述将获取的操作过电压进行傅里叶级数分解，得到不同频率正弦电压的步骤具体包括：
[0016]先以操作过电压预定时间间隔内的信号作为一个周期信号，并使用预定时间间隔作为周期进行周期延拓构成周期信号；
[0017]根据时域卷积定理，得到周期信号的傅里叶变换，利用傅里叶变换的性质得到周期信号傅里叶系数；通过误差分析，确定基波周期和最高谐波次数，最终确定各次谐波电压的傅里叶系数，得到各次谐波电压的幅值和相位。
[0018]本专利技术方法的进一步改进在于，所述将获取的操作过电压进行傅里叶级数分解，得到不同频率正弦电压的过程中，
[0019]进行傅里叶级数分解时，只对衰减振荡分量进行分解；其中，
[0020]衰减振荡分量f(t)分解后表示为，
[0021][0022]式中，是直流分量；n是谐波次数；是基波或者谐波幅值；Ω是基波角频率，T是基波周期；是基波或谐波相位；A0是直流分量的傅里叶系数。
[0023]本专利技术方法的进一步改进在于，所述基波周期取最靠近5τ的T0的整数倍；其中，
[0024]时间常数τ的表达式为，
[0025][0026]振荡周期T0的表达式为，
[0027][0028]本专利技术方法的进一步改进在于，最高谐波次数的取值范围为20～40。
[0029]本专利技术方法的进一步改进在于，基于获取的不同频率正弦电压和复介电常数构成的拉普拉斯方程计算时谐电场，采用有限元时谐电场计算方法搭建高压电缆接头的仿真模型，获取不同频率正弦电压的容阻场分布的步骤包括：
[0030]根据有限元时谐电场分析方法，搭建高压电缆接头有限元仿真模型，设置材料属性、材料参数、划分网格，设置边界条件；
[0031]求解复介电常数构成的拉普拉斯方程，得到不同频率正弦电压的容阻场分布；
[0032]其中，设置边界条件时，高压电缆接头的中心导体表面电位为不同频率正弦电压的幅值和相位，金属外护套电位为零电位。
[0033]本专利技术方法的进一步改进在于，复介电常数构成的拉普拉斯方程表达式为，
[0034][0035]式中，是电场强度；是复介电常数，ε是材料的介电常数，ρ
v
是材料的体积电阻率。
[0036]本专利技术方法的进一步改进在于，还包括以下步骤：
[0037]获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的等势线分布图，根据等势线分布图中的等势线分布密集程度确定高压电缆接头绝缘性能的薄弱环节；
[0038]或者，获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的电场强度分布图，根据高压电缆接头电场分布的集中点确定高压电缆接头绝缘性能的薄弱环节。
[0039]本专利技术第二方面提供的一种获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的系统，包括：
[0040]数据获取模块，用于获取施加于高压电缆接头的操作过电压；
[0041]傅里叶级数分解模块，用于将获取的操作过电压进行傅里叶级数分解，得到不同频率正弦电压；
[0042]仿真计算模块，用于基于获取的不同频率正弦电压和复介电常数构成的拉普拉斯方程计算时谐电场，采用有限元时谐电场计算方法搭建高压电缆接头的仿真模型，获取不同频率正弦电压的容阻场分布；
[0043]叠加模块，用于叠加不同频率正弦电压的容阻场分布，获得操作过电压下高压电缆接头电场分布。
[0044]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0045]本专利技术实施例提供的技术方案中，对时变电场的计算是通过把施加在电缆接头上的时变电压通过傅里叶级数分解为不同频率正弦电压；正弦电压的容阻场分析利用时谐电场计算原理；叠加不同频率正弦电压的容阻场分布，最终得到电缆接头的时变电场分布。本专利技术实施例提供的技术方案，在忽略电磁场的滞后效应的基础上，从高压电缆接头材料特性的角度，分析了高压电缆接头容阻场分布，能够准确计算并反映操作过电压下高压电缆接头电场分布随时间变化的情况，对高压电缆接头在操作过电压下的绝缘性能设计、故障原因分析、改进措施研究等具有重要的参考价值和指导意义。
附图说明
[0046]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取施加于高压电缆接头的操作过电压；将获取的操作过电压进行傅里叶级数分解，得到不同频率正弦电压；基于获取的不同频率正弦电压和复介电常数构成的拉普拉斯方程计算时谐电场，采用有限元时谐电场计算方法搭建高压电缆接头的仿真模型，获取不同频率正弦电压的容阻场分布；叠加不同频率正弦电压的容阻场分布，获得操作过电压下高压电缆接头电场分布。2.根据权利要求1所述的一种获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法，其特征在于，所述操作过电压的波形u(t)表达式为，式中，是相电压幅值；ω是工频电压角频率；δ是衰减系数；ω0是振荡回路的振荡频率；t是时间。3.根据权利要求2所述的一种获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法，其特征在于，所述将获取的操作过电压进行傅里叶级数分解，得到不同频率正弦电压的步骤具体包括：先以操作过电压预定时间间隔内的信号作为一个周期信号，并使用预定时间间隔作为周期进行周期延拓构成周期信号；根据时域卷积定理，得到周期信号的傅里叶变换，利用傅里叶变换的性质得到周期信号傅里叶系数；通过误差分析，确定基波周期和最高谐波次数，最终确定各次谐波电压的傅里叶系数，得到各次谐波电压的幅值和相位。4.根据权利要求3所述的一种获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法，其特征在于，所述将获取的操作过电压进行傅里叶级数分解，得到不同频率正弦电压的过程中，进行傅里叶级数分解时，只对衰减振荡分量进行分解；其中，衰减振荡分量f(t)分解后表示为，式中，是直流分量；n是谐波次数；是基波或者谐波幅值；Ω是基波角频率，T是基波周期；是基波或谐波相位；A0是直流分量的傅里叶系数。5.根据权利要求4所述的一种获取操作过电压下高压电缆接头电场分布的方法，其特征在于，所述基波周期取最靠近5τ的T0的整数倍；其中，时间常数τ的表达式为，振荡周期T0的表达式为，
6.根据权利要求4所述的一种获取操作过电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵学风，蒲路，段玮，孙浩飞，王冲，林涛，高健，琚泽立，侯喆，陈刚，王亮，刘娇健，王辰曦，
申请(专利权)人：国网西安环保技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：