【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于预制式电缆中间接头界面压力，特别是一种预制式电缆中间接头界面压力对超声非线参数影响的仿真方法及系统。
技术介绍
1、电场分布和界面压力是高压电缆附件（如电缆中间接头）绝缘结构设计核心要素，位于场强控制元件和电缆绝缘体之间的界面压力对电缆附件绝缘特性（击穿强度、局部放电等）起决定性作用。该界面压力是通过电缆附件与电缆本体绝缘层过盈配合实现的，界面压力过小，则不能满足电缆附件电气强度的要求，容易产生气隙、空腔，导致电缆附件沿界面击穿；而界面压力过大，则使电缆附件安装困难，在过盈配合下安装会造成电缆附件撑裂破损，且运行一段时间后，容易造成应力松弛现象。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有存在的技术问题，提供一种预制式电缆中间接头界面压力对超声非线参数影响的仿真方法及系统，其通过回波信号非线性参数分析界面压力的准确值，为电缆中间接头安装安全质量检查、电缆中间接头出厂界面压力试验检测及在运电缆中间接头运行维护提供参考依据。
2、为此，本专利技术采用如下的技术方案。
3、第一方面，本专利技术提供一种预制式电缆中间接头界面压力对超声非线参数影响的仿真方法，其包括：
4、基于预制式电缆中间接头表面及电缆本体表面粗糙度测量，根据预制式电缆中间接头内部结构建立二维仿真的固体力学几何模型；
5、设置固体力学几何模型的材料参数；
6、设置固体力学几何模型的边界条件；
7、利用固体力学几何模型及材
8、将经过应力仿真后的固体力学几何模型导入到声场耦合模型中，声场中采用固体力学物理场与静电物理场耦合，进行超声信号仿真；
9、通过超声信号仿真计算得到某压力下的超声回波信号结果，对回波信号进行快速傅里叶变换得到基波和谐波幅值，并计算该压力下的超声非线性参数值，得到超声非线性参数与压力之间的对应关系；结合预制式电缆中间接头实际状态，开展不同界面压力对超声非线参数影响的仿真计算。
10、进一步地，所述的固体力学几何模型包括依次连接的硅橡胶几何模型、半导电硅橡胶几何模型及交联聚乙烯几何模型，半导电硅橡胶几何模型与交联聚乙烯几何模型之间的接触面为粗糙接触界面，该粗糙接触界面对应的模型为接触界面粗糙度几何模型，所述的接触界面粗糙度服从预制式电缆中间接头表面及电缆本体表面粗糙度的测量结果；所述固体力学几何模型的材料参数包括硅橡胶的yeoh模型参数，半导电硅橡胶的yeoh模型参数，交联聚乙烯的密度、杨氏模量和泊松比。
11、进一步地，固体力学几何模型的边界条件设置如下：设置半导电硅橡胶几何模型的下界面为上粗糙接触界面，交联聚乙烯几何模型的上界面为下粗糙接触界面，由上、下粗糙接触界面形成接触对，交联聚乙烯几何模型的下表面设置固定约束边界条件，通过硅橡胶几何模型的上表面添加指定载荷来产生接触界面的压力。
12、进一步地，超声信号仿真时，将受力之后的固体力学几何模型作为声场仿真瞬态分析的基础模型，在固体力学几何模型的上表面添加静电材料几何模型，静电材料几何模型的下边界设置激励电势，用于模拟探头产生的激励信号，静电物理场作用域为静电材料几何模型。
13、进一步地，固体力学物理场的作用域为整个固体力学几何模型及静电材料几何模型，静电材料几何模型的下边界设置为低反射或零反射边界，固体力学几何模型的两侧设置为低反射或零反射边界。
14、进一步地，超声信号仿真时，将静电材料、硅橡胶、半导电硅橡胶及交联聚乙烯的网格尺寸设置为超声波长的1/20到1/10之间。
15、进一步地，声场仿真瞬态分析的时间步长设置为测得回波信号的二次谐波频率的1/20。
16、进一步地，在静电材料几何模型下表面设置边界探针，取静电材料几何模型下表面检测信号的积分值，计算得到一定界面压力下的回波信号图。
17、进一步地，对测得一定界面压力下的回波信号图进行快速傅里叶变换，并分析回波信号图的非线性参数，其计算公式为：，
18、其中，a2为进行快速傅里叶变换后回波信号图的二次谐波幅值，a1为进行快速傅里叶变换后回波信号图的一次谐波幅值。
19、第二方面，本专利技术提供一种预制式电缆中间接头界面压力对超声非线参数影响的仿真系统，其包括：
20、固体力学几何模型构建单元：基于预制式电缆中间接头表面及电缆本体表面粗糙度测量，根据预制式电缆中间接头内部结构建立二维仿真的固体力学几何模型；
21、材料参数设置单元：设置固体力学几何模型的材料参数；
22、边界条件设置单元：设置固体力学几何模型的边界条件；
23、接触应力仿真单元：利用固体力学几何模型及材料参数和边界条件的设置，采用稳态力学分析模式进行不同应力条件下的接触应力仿真；
24、超声信号仿真单元：将经过应力仿真后的固体力学几何模型导入到声场耦合模型中，声场中采用固体力学物理场与静电物理场耦合，进行超声信号仿真；
25、仿真计算单元：通过超声信号仿真计算得到某压力下的超声回波信号结果，对回波信号进行快速傅里叶变换得到基波和谐波幅值，并计算该压力下的超声非线性参数值，得到超声非线性参数与压力之间的对应关系；结合预制式电缆中间接头实际状态，开展不同界面压力对超声非线参数影响的仿真计算。
26、本专利技术具有的有益效果如下：
27、本专利技术可分析超声在电缆中间接头内的传播规律，可通过仿真的手段检测不同过盈量下的电缆中间接头界面压力值；本专利技术弥补了现有电缆中间接头界面压力无法检测、无法分析超声在电缆中间接头内的传播规律的缺点，实现了对高压电缆中间接头界面压力的准确检测，为电缆中间接头安装安全质量检查、电缆中间接头出厂界面压力试验检测及在运电缆中间接头运行维护提供参考依据。
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1.一种预制式电缆中间接头界面压力对超声非线参数影响的仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述的固体力学几何模型包括依次连接的硅橡胶几何模型、半导电硅橡胶几何模型及交联聚乙烯几何模型，半导电硅橡胶几何模型与交联聚乙烯几何模型之间的接触面为粗糙接触界面，该粗糙接触界面对应的模型为接触界面粗糙度几何模型，所述的接触界面粗糙度服从预制式电缆中间接头表面及电缆本体表面粗糙度的测量结果；
3.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，固体力学几何模型的边界条件设置如下：设置半导电硅橡胶几何模型的下界面为上粗糙接触界面，交联聚乙烯几何模型的上界面为下粗糙接触界面，由上、下粗糙接触界面形成接触对，交联聚乙烯几何模型的下表面设置固定约束边界条件，通过硅橡胶几何模型的上表面添加指定载荷来产生接触界面的压力。
4.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，超声信号仿真时，将受力之后的固体力学几何模型作为声场仿真瞬态分析的基础模型，在固体力学几何模型的上表面添加静电材料几何模型，静电材料几何模型的下边界设置激励电势，用于模拟探
5.根据权利要求4所述的仿真方法，其特征在于，固体力学物理场的作用域为整个固体力学几何模型及静电材料几何模型，静电材料几何模型的下边界设置为低反射或零反射边界，固体力学几何模型的两侧设置为低反射或零反射边界。
6.根据权利要求4所述的仿真方法，其特征在于，超声信号仿真时，将静电材料、硅橡胶、半导电硅橡胶及交联聚乙烯的网格尺寸设置为超声波长的1/20到1/10之间。
7.根据权利要求4所述的仿真方法，其特征在于，声场仿真瞬态分析的时间步长设置为测得回波信号的二次谐波频率的1/20。
8.根据权利要求4所述的仿真方法，其特征在于，在静电材料几何模型下表面设置边界探针，取静电材料几何模型下表面检测信号的积分值，计算得到一定界面压力下的回波信号图。
9.根据权利要求8所述的仿真方法，其特征在于，对测得一定界面压力下的回波信号图进行快速傅里叶变换，并分析回波信号图的非线性参数，其计算公式为：，
10.一种预制式电缆中间接头界面压力对超声非线参数影响的仿真系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种预制式电缆中间接头界面压力对超声非线参数影响的仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述的固体力学几何模型包括依次连接的硅橡胶几何模型、半导电硅橡胶几何模型及交联聚乙烯几何模型，半导电硅橡胶几何模型与交联聚乙烯几何模型之间的接触面为粗糙接触界面，该粗糙接触界面对应的模型为接触界面粗糙度几何模型，所述的接触界面粗糙度服从预制式电缆中间接头表面及电缆本体表面粗糙度的测量结果；
3.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，固体力学几何模型的边界条件设置如下：设置半导电硅橡胶几何模型的下界面为上粗糙接触界面，交联聚乙烯几何模型的上界面为下粗糙接触界面，由上、下粗糙接触界面形成接触对，交联聚乙烯几何模型的下表面设置固定约束边界条件，通过硅橡胶几何模型的上表面添加指定载荷来产生接触界面的压力。
4.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，超声信号仿真时，将受力之后的固体力学几何模型作为声场仿真瞬态分析的基础模型，在固体力学几何模型的上表面添加静电材料几何模型，静电材料几何模型的下边界设置激励电势，用于模拟探头产生的...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹俊平，夏荣，高智益，袁建军，王昱力，王少华，姜云土，李特，杨勇，马钰，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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