【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统，具体为一种500kv电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法和系统。
技术介绍
1、随着我国经济的不断发展，在商业、工业以及民用等方面对于电力需求正在逐渐增大。现今的输电系统在城市和近距离输电方面主要依靠电力电缆作为传输方法。电力电缆作为输电线路的一种替代形式，相较于传统的空气绝缘输电线路(如架空输电线路)具有较高的安全性和可靠性。
2、为了满足将来，传输容量更大、电压更高的电缆在城市电力系统建设中，500超高电压电缆线路将会是其中的一个选择。500kv电力电缆是一种用于输送高压电能的电缆，通常用于长距离的电力电缆；并且与传统的电力输送方式不同，500kv电缆常铺设在土壤里，这样有利于电力系统安全运行以及延长电缆的寿命。
3、在500kv电力电缆的正常运行过程中，确定电缆导体温度是对于监测电缆运行的十分重要的一个方面。如果导体的温度超过规定的标准最高温度，将会导致绝缘材料老化加速，电缆寿命缩短，不利于电力输送，更有可能出现重大的安全故障。在传统的电缆导体温度监测大多采用传感设备获取导体的温度，然而这种方法具有一定的延迟性不能很好的反映出电缆导体的温度情况。
4、随着计算机技术的发展，研究人员将电力电缆领域与三维建模相结合，通过建模的方法能够及时的获知电缆工作状态；如现有技术中，采用有限元建模方式实现电缆建模，并进行导体温度仿真实验。其中，有限元建模作为一种工程分析方法，广泛用于模拟复杂结构和系统的行为。在电力电缆领域，有限元建模被应用于分析和优化电缆的结构、电场分布、热分布
5、为此，本专利技术提出一种500kv电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法和系统。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种500kv电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法和系统用于对埋在土壤里的500kv电缆进行研究；其中，本专利技术主要内容包括：首先，通过获取研究相关的500kv电缆的相关信息，并将获取的信息进行预处理以便于后期的有限元建模；其次，采用有限元软件建立500kv电缆三维有限元模型，通过该模型进行500kv电缆的导体温度仿真研究；其中，为了准确地捕捉500kv电缆的导体内部和表面准确捕捉温度的空间分布；本专利技术采用了一种网格划分方法，该方法通过500kv电缆三维有限元模型的表面节点初始化有限元网格，通过对有限元网格求解的梯度信息拟合设定的网络优化目标，以此得到对500kv电缆三维有限元模型最优的划分网格；进一步地，为了实现导体温度仿真目标，在仿真过程中设置仿真温度边界条件；其中，所述仿真温度边界条件包括：环境温度、对流边界和辐射边界；在设置过程中将电缆埋在土里深度和季节性变化进行考虑，能够提供准确和可靠的仿真结果，帮助评估电缆在各种工作条件下的热性能；最后，本专利技术通过热传导分析方法对500kv电缆三维有限元模型在仿真过程中进行热传导分析，该方法通过两个变量共同作用于导体的温度分布；在此过程通过耦合电磁场分析和热传导进行分析，准确地获取导体温度分布。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种500kv电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法；包括：获取500kv电缆的相关信息；其中，所述相关信息包括：详细设计图纸和参数规格；
4、进一步地，对所述相关信息进行预处理，得到标准相关数据；其中，所述预处理包括：
5、对所述相关信息进行整理和格式化，得到初始数据；统一所述初始数据单位，得到第一相关数据；对所述第一相关数据进行缺失值填充，得到第二相关数据；提取所述第二相关数据的特征，得到第三相关数据；
6、其中，所述第三相关数据包括：导体布置数据、绝缘层结构数据和护套材料数据；所述导体布置数据包括：导体材料数据、截面形状数据、排列数据和几何参数；所述绝缘层结构数据包括：材料类型数据、层数、每层厚度和绝缘参数；所述护套材料数据包括：护套材料数据、护套厚度和保护参数；
7、对所述第三相关数据进行数据归一化，得到所述标准相关数据；
8、进一步地，根据所述标准相关数据采用有限元软件建立500kv电缆三维有限元模型；
9、进一步地，将所述500kv电缆三维有限元模型划分个有限元网格；其中，n为大于1的自然数；其中，所述有限元网格的划分包括以下步骤：
10、步骤一：在所述500kv电缆三维有限元模型的表面生成节点；
11、步骤二：根据所述节点初始化所述有限元网格；其中，包括：所述有限元网格的数量、形状和尺寸；
12、步骤三：计算所述有限元网格的数值解；
13、步骤四：根据网格优化目标，评估所述数值解的梯度信息；其中，所述优化目标包括：最大化网格精度、最小化计算成本、最优化网格形状和最优化网格数量；
14、所述最大化网格精度包括增加所述有限元网格的密度；所述最小化计算成本包括减少非关键所述有限元网格的计算量；所述最优化网格形状包括：拟合电缆曲线和网格之间具有正交性；所述优化网格数量包括：去除非关键点所述有限元网格。
15、步骤五：根据所述梯度信息调整所述有限元网格；
16、步骤六、重复所述步骤三至所述步骤五，直至所述数值解达到所述网格优化目标的收敛条件。
17、对多个所述有限元网格定义仿真温度边界条件；
18、进一步地，所述500kv电缆三维有限元模型加载所述仿真温度边界条件进行仿真；所述仿真温度边界条件包括：环境温度、对流边界和辐射边界；
19、其中，所述环境温度根据所述500kv电缆埋入土壤内深度结合季节变化因素进行定义；
20、所述环境温度的公式定义为：其中，tmean表示为土壤的平均温度；δt表示为季节性温度变化的振幅；tseason表示为季节周期；d表示为所述500kv电缆埋入深度变量；t表示为时间变量；sin()表示为正弦函数；
21、所述对流边界根据所述500kv电缆的导体表面的对流换热系数和周围环境温度进行定义；
22、其中，所述对流边界的公式定义为：qconv＝h*a*(tcsurface-tsoil(d,t))；其中，h表示为导体表面的对流换热系数；a表示为导体表面的表面积；tcsurface表示为导体表面的温度；
23、所述辐射边界根据所述500kv电缆的保护套和周围环境温度进行定义；
24、其中，所述辐射边界根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律的公式定义为：qrad＝ε*σ*b*((trsurface)4+(tsoil(d,t)+273.15)4)；ε表示为保护套表面的辐射率，取值范围为(0,1)；σ表示为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；b表示为保护套的表面积；trsurface表示为保护套的表面温度，单位为开尔文。...
【技术保护点】
1.一种500kV电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种500kV电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法，其特征在于，所述预处理包括：
3.根据权利要求1所述的一种500kV电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法，其特征在于，所述网格优化目标包括：最大化网格精度、最小化计算成本、最优化网格形状和最优化网格数量；其中，所述最大化网格精度包括增加所述有限元网格的密度；所述最小化计算成本包括减少非关键所述有限元网格的计算量；所述最优化网格形状包括：拟合电缆曲线和网格之间具有正交性；所述优化网格数量包括：去除非关键点所述有限元网格。
4.根据权利要求1所述的一种500kV电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法，其特征在于，所述仿真温度边界条件包括：环境温度、对流边界和辐射边界；
5.根据权利要求1所述的一种500kV电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法，其特征在于，所述热传导分析过程包括：获取生成的所述有限元网格；计算所述有限元网格内500kV电缆导体的导电率；所述导电率的计算公式为：其中，μTem
6.一种500kV电力电缆有限元建模及导体温度仿真系统，其特征在于，所述系统包括：数据存储单元、数据处理单元、几何建模单元、网格生成单元、仿真单元、热传导分析单元、评估单元和反馈单元；
7.根据权利要求6所述的一种500kV电力电缆有限元建模及导体温度仿真系统，其特征在于，所述数据处理单元包括：对所述相关信息进行整理和格式化，得到初始数据；统一所述初始数据单位，得到第一相关数据；对所述第一相关数据进行缺失值填充，得到第二相关数据；提取所述第二相关数据的特征，得到第三相关数据；
8.根据权利要求6所述的一种500kV电力电缆有限元建模及导体温度仿真系统，其特征在于，所述有限元网格的规划步骤包括：
9.根据权利要求6所述的一种500kV电力电缆有限元建模及导体温度仿真系统，其特征在于，所述仿真单元还包括在仿真过程中定义仿真温度边界条件；其中，所述仿真温度边界条件包括：环境温度、对流边界和辐射边界；
10.根据权利要求6所述的一种500kV电力电缆有限元建模及导体温度仿真系统，其特征在于，所述热传导分析单元包括：
...【技术特征摘要】
1.一种500kv电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种500kv电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法，其特征在于，所述预处理包括：
3.根据权利要求1所述的一种500kv电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法，其特征在于，所述网格优化目标包括：最大化网格精度、最小化计算成本、最优化网格形状和最优化网格数量；其中，所述最大化网格精度包括增加所述有限元网格的密度；所述最小化计算成本包括减少非关键所述有限元网格的计算量；所述最优化网格形状包括：拟合电缆曲线和网格之间具有正交性；所述优化网格数量包括：去除非关键点所述有限元网格。
4.根据权利要求1所述的一种500kv电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法，其特征在于，所述仿真温度边界条件包括：环境温度、对流边界和辐射边界；
5.根据权利要求1所述的一种500kv电力电缆有限元建模及导体温度仿真方法，其特征在于，所述热传导分析过程包括：获取生成的所述有限元网格；计算所述有限元网格内500kv电缆导体的导电率；所述导电率的计算公式为：其中，μtemp表示为理想温度下的电缆导电率；...
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