CN110427646A - 一种直流电缆局部放电仿真方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流电缆局部放电仿真方法及系统，通过构建直流电缆仿真模型，将直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；利用仿真模型对直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；判断合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率进而判定直流电缆空穴是否发生局部放电。本发明提供的方法在已知直流电缆参数和运行状态基础上，分步计算施加电压确定空穴内部合成场强，结合空穴局部放电起始场强、熄灭场强、电荷数量及局部放电发生概率，及时准确的评估直流电缆空穴场强及击穿概率，有效提高直流电缆运行可靠性能。
Description
技术领域
本发明涉及直流电缆仿真领域，具体涉及一种直流电缆局部放电仿真方法及系统。
背景技术
在电缆与电缆之间以及电缆与电力一次设备之间需要应用各种类型的电力电缆附件，以优化电缆与其他部件(含其他电缆)之间的绝缘界面配合以及疏散因电缆剥离外半导电屏蔽层引起的电场应力集中畸变。然而在电缆系统的生产和安装过程中，不可避免地存在杂质或半导体层尖端突起等现象，从而在这些位置产生绝缘缺陷(如空穴、杂质、水树枝等)，并形成电场畸变。在各种外界因素(机械、热力)和畸变电场的长期作用下，以上绝缘缺陷发展成为绝缘故障的概率远高于其他部位。对外表征为电缆附件发生各种绝缘事故的概率远大于电缆本体。当前，领域内共识为局部放电是绝缘缺陷的重要表征，也是促使绝缘劣化的主要原因之一，准确的测量电缆系统局部放电能够及时、准确的掌握电缆本体及附件的绝缘状态，局放检测是电力电缆绝缘状况评价的重要方法。
目前在电缆检测方面，主要有交流电缆局部放电检测装置与检测方法、直流电缆局部放电缺陷故障识别方法，未涉及直流电缆局部放电建模仿真的评估方法。当直流电缆的在稳定直流电压作用下，其绝缘工作场强的方向恒定不变，因此直流局部放电量与相位信息无关，场强大小随负载电流、运行环境温度变化而变化。现有技术中直流电缆局部放电测量原理仍是与采用交流电缆局部放电测量方法类似(一般也使用脉冲电流法)，但由于直流电缆绝缘的电松弛时间常数大，局部放电发展缓慢，可能在很长一段时间内无法测量到局部放电现象，无法及时准确的评估直流电缆空穴场强及击穿概率。
发明内容
因此，本发明提供一种直流电缆局部放电仿真方法及系统，克服了现有技术中无法及时准确评估直流电缆空穴场强及击穿概率的不足。
第一方面，本发明实施例提供一种直流电缆局部放电仿真方法，包括如下步骤：利用预设参数构建直流电缆仿真模型；将待仿真的直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；判断所述合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率，并根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电。
在一实施例中，所述利用预设参数构建直流电缆仿真模型的步骤，包括获取所述直流电缆的电导率与运行环境温度绝缘场强对应信息；基于所述对应信息、直流电缆尺寸参数、直流电缆材料参数、直流电压、载流电流、敷设环境温度、空穴所处的位置、形状、气体电导率、空穴空气压强，利用预设仿真软件构建直流电缆仿真模型。
在一实施例中，所述利用预设参数构建直流电缆仿真模型的步骤之前，还包括：设置待仿真的直流电缆的尺寸参数及初始化所述直流电缆的运行参数；设置所述直流电缆局部放电仿真的仿真参数。
在一实施例中，所述设置所述直流电缆局部放电仿真的仿真参数的步骤，包括：设置直流电压升压时间Tr、升压过程中的仿真步长Trs、稳态直流电压仿真步长Ts、局部放电仿真步长Tpds及仿真结束时间Tend。
在一实施例中，利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取空穴内部的合成电场的步骤，包括：利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取直流电缆空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息；根据所述空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息获取空穴内部的合成电场。
在一实施例中，所述根据所述空穴及其附近场强及漏电流信息获取空穴内部的合成电场的步骤包括：根据各剖分层泄漏电流信息及各剖分层的面积获取各剖分层的电荷量；根据各剖分层的电荷量获取各剖分层电荷对空穴产生的电场强度；对所述各剖分层电荷对空穴产生的电场强度求和，获取剖分层中的电荷对空穴的合成电场。
在一实施例中，当所述空穴内部的合成电场不大于空穴气体局放起始场强时，或当空穴内部的合成电场大于空穴气体局放起始场强但空穴局部的放电概率小于随机定局部放电概率时，判定所述直流电缆空穴未发生局部放电；在仿真时间t小于直流电压升压时间Tr时，判定所述直流电缆空穴未发生局部放电后，则进入下一升压过程中的仿真步长Trs，在仿真时间t大于直流电压升压时间Tr时，判定所述直流电缆空穴未发生局部放电后，，则进入下一稳态直流电压仿真步长Ts。
在一实施例中，所述根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电的步骤，包括：当空穴局部的放电概率大于随机定局部放电概率时，判定所述直流电缆空穴发生局部放电；当所述合成电场等于空穴气体局放熄灭场强时，判定所述直流电缆空穴发生局部放电结束。
在一实施例中，所述判定所述直流电缆空穴发生局部放电结束的步骤之后，还包括：计算当前仿真时刻的空穴及其附近场强、各个剖面层的电荷量及的各剖分层中的电荷对空穴的合成电场，在仿真时间t小于直流电压升压时间Tr时，则进入下一升压过程中的仿真步长Trs，在仿真时间t大于直流电压升压时间Tr时，则进入下一稳态直流电压仿真步长Ts，并进入下一局部放电仿真步长Tpd，直至到达仿真结束时间Tend，则仿真结束。
在一实施例中，所述获取空穴局部的放电概率的步骤，包括：分别获取空穴表面初始电荷生产速度及体积初始电荷生产速度；根据表面初始电荷生产速度及体积初始电荷生产速度，获取空穴内首个电荷生成速度；利用所述空穴内首个电荷生成速度获取空穴局部放电概率。
第二方面，本发明实施例提供一种直流电缆局部放电仿真系统，包括：直流电缆仿真模型构建模块，用于利用预设参数构建直流电缆仿真模型；剖分层构建模块，用于将待仿真的直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；空穴内部的合成电场获取模块，用于利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；合成电场与局放起始场强比对模块，用于判断所述合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；局部放电发生判定模块，用于当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率，并根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行本发明实施例第一方面所述的直流电缆局部放电仿真方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明实施例第一方面所述的直流电缆局部放电仿真方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的直流电缆局部放电仿真方法及系统，通过构建直流电缆仿真模型，将目标直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；利用仿真模型对直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；判断合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率进而判定直流电缆空穴是否发生局部放电。本发明提供的方法在已知直流电缆参数和运行状态基础上，分步计算施加电压确定空穴内部合成场强，结合空穴局部放电起始场强、熄灭场强、电荷数量及局部放电发生概率，及时准确的评估直流电缆空穴场强及击穿概率，有效提高直流电缆运行可靠性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的直流电缆局部放电仿真方法一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例提供的空穴周边绝缘介质剖分示意图；
图3为本发明实施例提供的构建直流电缆仿真模型之前设置相关参数一个具体示例的流程图；
图4为本发明实施例提供的获取空穴内部的合成电场一个具体示例的流程图；
图5为本发明实施例提供的直流电缆绝缘剖分泄漏电流计算面积示意图；
图6为本发明实施例提供的空穴形状示意图；
图7为本发明实施例提供的获取空穴局部的放电概率一个具体示例的流程图；
图8为本发明实施例提供的对直流电缆进行局部仿真的过程一个具体示例的流程图；
图9为本发明实施例提供的直流电缆局部放电仿真系统的一个具体示例的组成图；
图10为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种直流电缆局部放电仿真方法，如图1所示，该方法，包括如下步骤：
步骤S1:利用预设参数构建直流电缆仿真模型。
本发明实施例中，获取直流电缆的电导率与运行环境温度绝缘场强对应信息，基于对应信息、待仿真的直流电缆尺寸参数、各类材料参数、直流电压Udc、载流电流Idc、敷设环境温度Tc等参数，和空穴所处的位置、形状、气体电导率σa、空穴空气压强p等参数，利用仿真软件(例如是Comsol仿真软件)搭建直流电缆仿真模型，以上仅以此举例，不以此为限。
本发明实施例针对目标直流电缆运行环境温度和绝缘工作场强运行条件，获取直流绝缘材料电导率σ(E，T)与温度T及场强E的对应关系，可参照经典电导率表达式进行表示，直流电缆电导率可表示为
σ(E,T)＝σ0exp[α(T-Tref)+β(E-Eref)] (1)
其中，σ0为直流电缆绝缘材料在温度为Tref场强为Eref时的电导率测量值，α为温度系数，β为场强系数。
目标直流电缆绝缘材料电导率通常利用等效目标电缆的绝缘材料试样在不同温度(至少3个温度条件)、不同场强(至少3个场强条件)条件下的电导率拟合获得，为提高直流电缆绝缘材料电导率测量数据的准确性，每一状态下的电导率测量至少重复3次并取其平均值，进而获取式(1)中各个参数值，进而确定直流绝缘材料电导率σ(E,T)与温度T及场强E的对应关系，根据其对应关系可以在得知待仿真的直流电缆绝缘材料电导率和运行温度时，即可以获取直流电缆绝缘场强E。
直流电缆绝缘场强E(r)与直流电缆电压Udc、泄漏电流j(r)满足
j(r)＝E(r)σr(E,T)(2)
其中，ri为电缆绝缘内半径；ro为电缆绝缘外半径；σr(E,T)为电缆绝缘处于半径为r温度为T时对应材料的电导率。
根据公式(2)在获取到直流电缆绝缘场强与直流电缆电压Udc时，即可获取直流电缆的泄漏电流j(r)。
步骤S2:将待仿真的直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层。
在本发明实施例中，如图2所示，将直流电缆空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的N层剖分层，各个剖面层分布不同的电荷，其中，Es表示直流电压在空穴产生的电场，Eq为气泡表面电荷产生的电场，Ec表示气泡内的合成的电场。空穴周边剖分绝缘厚度与空穴尺寸参数有关，在实际应用中根据具体的尺寸参数，剖分合适的绝缘厚度。
步骤S3:利用仿真模型对直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场。
在本发明实施例通过分步计算直流电源施加的电压在绝缘材料中的场强分布及空穴表面电荷在空穴内部产生场强进行仿真，直流电缆空穴内部的合成电场的大小是判断直流电缆是否进行局部放电放电的先决条件，只有空穴内部的合成电场大于空穴气体局放起始场时，才有可能发生局部放电。
步骤S4:判断所述合成电场是否大于空穴气体局放起始场强。
本发明实施例中，空穴气体局放起始场强Ei约3kV/mm，仅以此举例，不以此为限。
步骤S5:当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率，根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电。
在仿真时获取各个剖面层的电荷量，利用电荷量的相关参数计算空穴局部的放电概率，将当空穴局部的放电概率与随机定局部放电概率进行比对，当空穴局部的放电概率大于随机定局部放电概率时，判定所述直流电缆空穴发生局部放电，当合成电场等于空穴气体局放熄灭场强时，判定直流电缆空穴发生局部放电结束，空气局放熄灭场强通常取0.1-0.3kV/m。
本发明实施例提供的直流电缆局部放电仿真方法，在已知直流电缆绝缘材料特性参数及电缆敷设环境温度、绝缘温度梯度基础上，分步计算直流电源的施加电压在绝缘材料中的场强分布及空穴表面电荷在空穴内部产生场强，确定空穴内部合成场强，结合空穴局部放电起始场强、熄灭场强、电荷数量及局部放电发生概率，解决直流电缆局部放电仿真建模难题，及时准确的评估直流电缆空穴场强及击穿概率，有效提高直流电缆运行可靠性能。
在本发明实施例中，在利用预设参数构建直流电缆仿真模型的步骤之前，如图3所示，还包括：
步骤S01:设置待仿真的直流电缆的尺寸参数及初始化直流电缆的运行参数；本发明实施例中，初始化直流电缆的运行参数包括：运行环境温度、绝缘工作场强、额定直流电压Udc(如320kV、525kV)等等。
步骤S02：设置直流电缆局部放电仿真的仿真参数。
在本发明实施例中，直流电缆局部放电仿真的仿真参数包括：直流电压升压时间Tr(升压时间取决于额定电压和直流电源电压升压速度，如电压升压速度为1kV/s)升压过程中的仿真步长Trs(如0.01s)、稳态直流电压仿真步长Ts(如1s)、局部放电仿真步长Tpds(如10ns)及仿真结束时间Tend(根据用户需求设定)。
在一实施例中，执行步骤S3的过程，可以包括：利用仿真模型对直流电缆运行状态进行仿真，获取直流电缆空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息，根据空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息获取空穴内部的合成电场。在本发明实施例中，对已知直流电缆运行状态进行仿真，提取忽略直流电缆局部放电时的空穴及其附近场强Es及各剖分层泄漏电流j信息。
在一实施例中，根据空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息获取空穴内部的合成电场的过程，如图4所示，具体包括：
步骤S31：根据各剖分层泄漏电流信息及各剖分层的面积获取各剖分层的电荷量。
每层的电荷q可表示为：
qi,t＝qi,t-dt+ji-1Si-1dt-jiSidt(3)
其中，qi,t表示第i层在t时刻的电荷；qi,t-dt表示第i层在t-dt时刻的电荷；dt表示时间步长；ji-1第i-1层在t时刻的注入电荷；Si-1表示第i-1层的面积；ji第i层在t时刻的迁出电荷；Si表示第i层的面积。各层泄漏电流计算面积S示意图如图5所示。其中，泄漏电流计算面积S计算表达式为：
S＝θrh(4)
其中，θ表示弧度；r表示剖分面距离空穴中心距离；h表示剖分面的厚度。
步骤S32：根据各剖分层的电荷量获取各剖分层电荷对空穴产生的电场强度；
空穴内表面在t时刻的电荷可表示为：
q0,t＝q0,t-dt-jiSidt(5)
计算空穴周边各剖分层电荷对空穴的电场，其中各层电荷qi,t(i＝0,1,…,N)对空穴产生的电场强度Eni,t可表示为：
其中，ε0表示真空介电常数；Ri表示第i层距离空穴中心的距离；εri表示绝缘相对介电常数；K(a/b)表示空穴的形状参数，如图6所示，a为平行于电场强度方向的等效椭圆半轴长，b为垂直于电场强度方向的等效椭圆半轴长，当a＝b时，K(a/b)＝3。
步骤S33：对各剖分层电荷对空穴产生的电场强度求和，获取剖分层中的电荷对空穴的合成电场。
所有剖分层中的电荷对空穴的合成电场Eq,t为：
计算时刻t空穴内部合成电场Ec,t：
Ec,t＝Es-Eq,t(8)
其中，Es为忽略直流电缆局部放电时的空穴及其附近场强，不考虑正、负电荷粒子的初始速度，空穴内的正、负电荷粒子分别沿着电场、逆着电场方向移动的值。空穴内的电荷产生的电场与工作电压对应电场方向相反，即合成场强为工作场强与电荷对应场强之差。
在本发明实施例中，获取空穴局部的放电概率的步骤，如图7所示，包括：
步骤51:分别获取空穴表面初始电荷生产速度及体积初始电荷生产速度。
实际应用中，局部放电需要一个引发电荷，空穴局部放电产生电荷的来源有表面发射电荷和体积生产电荷两种。其中表面初始电荷生产速度为：
其中，ζ表示电荷脱陷系数；τ表示电荷衰减时间常数；v0为基本光子频率；Φ为功函数；kb为玻尔兹曼常数；T为热力学温度。
当空穴为球形时，体积初始电荷生产速度Nv为：
其中，α为气体电离系数；p为空穴内气体压强；空穴内气体压强Veff为：
其中，β为近似有效电离指数函数系数；Rc为空穴半径；v表示额定电压与引发局部放电的直流电压的比值：
其中，为引发局部放电的直流电压，Udc为额定直流电压；
气体吸附系数η为：
η＝CradΦrad(ρ/p0)(13)
其中，Crad为体积电离参数；Φrad为辐射量子密度；ρ为空穴内气体压强；p0为在标准大气压强。
步骤52:根据表面初始电荷生产速度及体积初始电荷生产速度，获取空穴内首个电荷生成速度。
空穴内首个电荷生成速度为：
Ne＝Ns+Nv(14)
步骤53:利用空穴内首个电荷生成速度获取空穴局部放电概率。
在本发明实施例中，空穴局部放电概率Pc表达式为
Pc(t)＝1-exp(-NeΔt)(15)
其中，Δt表示距离上次发生局放的时间间隔。局部放电具有随机性，若设随机定局部放电概率为Ps(t)，当Pc(t)≥Ps(t)时，即可判定空穴发生局部放电。
本发明实施例对直流电缆进行局部仿真的过程，如图8所示，在仿真时间t小于直流电压升压时间Tr时，计算此时的空穴的电场的场强，当空穴的电场的场强大于空穴气体局放起始场强(Ec＞Ei)时，则获取空穴局部放电概率，当空穴局部的放电概率不小于随机定局部放电概率(Pc≥Ps)时，则判定直流电缆发生局部放电，进入下一局部放电仿真步长Tpds，当空穴的电场的场强等于空穴气体局放熄灭场强时(Ec＝Er)时，计算当前仿真时刻的空穴及其附近场强Es、各个剖面层的电荷量q及的各剖分层中的电荷对空穴的合成电场Eq，然后进入下一升压过程中的仿真步长Trs；当空穴内部的合成电场不大于空穴气体局放起始场强时(Ec≤Ei)，或当空穴内部的合成电场大于空穴气体局放起始场强(Ec＞Ei)但空穴局部的放电概率小于随机定局部放电概率(Pc＜Ps)时，判定直流电缆空穴未发生局部放电，然后进入下一升压过程中的仿真步长Trs；在仿真时间t大于直流电压升压时间Tr，则进入下一稳态直流电压仿真步长Ts，与上述直流电压升压过判定是否放电的原理相同，计算稳压直流电压时，在不同稳态直流电压仿真步长Ts是否发生局部放电，并直至到达仿真结束时间Tend，则仿真结束。
实施例2
本发明实施例提供一种直流电缆局部放电仿真系统，如图9所示，该系统，包括：
直流电缆仿真模型构建模块1，用于利用预设参数构建直流电缆仿真模型；此模块执行实施例1中的步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。
剖分层构建模块2，用于将待仿真的直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；此模块执行实施例1中的步骤S2所描述的方法，在此不再赘述。
空穴内部的合成电场获取模块3，用于利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；此模块执行实施例1中的步骤S3所描述的方法，在此不再赘述。
合成电场与局放起始场强比对模块4，用于判断所述合成电场是否大于空穴气体局放起始场强。此模块执行实施例1中的步骤S4所描述的方法，在此不再赘述。
局部放电发生判定模块5，用于当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率，并根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电。此模块执行实施例1中的步骤S5所描述的方法，在此不再赘述。
本发明实施例提供的直流电缆局部放电仿真系统，通过构建直流电缆仿真模型，将目标直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；利用仿真模型对直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；判断合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率进而判定直流电缆空穴是否发生局部放电。本发明提供的方法在已知直流电缆参数和运行状态基础上，分步计算施加电压确定空穴内部合成场强，结合空穴局部放电起始场强、熄灭场强、电荷数量及局部放电发生概率，及时准确的评估直流电缆空穴场强及击穿概率，有效提高直流电缆运行可靠性能。
实施例3
本发明实施例提供一种计算机设备，如图10所示，包括：至少一个处理器401，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速RAM存储器(Ramdom Access Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例1的直流电缆局部放电仿真方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例1的直流电缆局部放电仿真方法。
其中，通信总线402可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard diskdrive，缩写：HDD)或固态硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器401可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。
其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。
可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请执行实施例1的直流电缆局部放电仿真方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1的直流电缆局部放电仿真方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (13)
1.一种直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
利用预设参数构建直流电缆仿真模型；
将待仿真的直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；
利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；
判断所述合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；
当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率，并根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电。
2.根据权利要求1所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，利用预设参数构建直流电缆仿真模型的步骤，包括：
获取所述直流电缆的电导率与运行环境温度绝缘场强对应信息；
基于所述对应信息、直流电缆尺寸参数、直流电缆材料参数、直流电压、载流电流、敷设环境温度、空穴所处的位置、形状、气体电导率、空穴空气压强，利用预设仿真软件构建直流电缆仿真模型。
3.根据权利要求1所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，所述利用预设参数构建直流电缆仿真模型的步骤之前，还包括：
设置待仿真的直流电缆的尺寸参数及初始化所述直流电缆的运行参数；
设置所述直流电缆局部放电仿真的仿真参数。
4.根据权利要求3所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，所述设置所述直流电缆局部放电仿真的仿真参数的步骤，包括：
设置直流电压升压时间Tr、升压过程中的仿真步长Trs、稳态直流电压仿真步长Ts、局部放电仿真步长Tpds及仿真结束时间Tend。
5.根据权利要求4所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取空穴内部的合成电场的步骤，包括：
利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取直流电缆空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息；
根据所述空穴及其附近场强及各剖分层泄漏电流信息获取空穴内部的合成电场。
6.根据权利要求5所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，所述根据所述空穴及其附近场强及漏电流信息获取空穴内部的合成电场的步骤包括：
根据各剖分层泄漏电流信息及各剖分层的面积获取各剖分层的电荷量；
根据各剖分层的电荷量获取各剖分层电荷对空穴产生的电场强度；
对所述各剖分层电荷对空穴产生的电场强度求和，获取剖分层中的电荷对空穴的合成电场。
7.根据权利要求4所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，
当所述空穴内部的合成电场不大于空穴气体局放起始场强时，或当空穴内部的合成电场大于空穴气体局放起始场强但空穴局部的放电概率小于随机定局部放电概率时，判定所述直流电缆空穴未发生局部放电；在仿真时间t小于直流电压升压时间Tr时，判定所述直流电缆空穴未发生局部放电后，则进入下一升压过程中的仿真步长Trs，在仿真时间t大于直流电压升压时间Tr时，判定所述直流电缆空穴未发生局部放电后，则进入下一稳态直流电压仿真步长Ts。
8.根据权利要求4所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，所述根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电的步骤，包括：
当空穴局部的放电概率大于随机定局部放电概率时，判定所述直流电缆空穴发生局部放电；
当所述合成电场等于空穴气体局放熄灭场强时，判定所述直流电缆空穴发生局部放电结束。
9.根据权利要求8所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，所述判定所述直流电缆空穴发生局部放电结束的步骤之后，还包括：
计算当前仿真时刻的空穴及其附近场强、各个剖面层的电荷量及的各剖分层中的电荷对空穴的合成电场，在仿真时间t小于直流电压升压时间Tr时，则进入下一升压过程中的仿真步长Trs，在仿真时间t大于直流电压升压时间Tr时，则进入下一稳态直流电压仿真步长Ts，直至到达仿真结束时间Tend，则仿真结束。
10.根据权利要求1-9任一所述的直流电缆局部放电仿真方法，其特征在于，所述获取空穴局部的放电概率的步骤，包括：
分别获取空穴表面初始电荷生产速度及体积初始电荷生产速度；
根据表面初始电荷生产速度及体积初始电荷生产速度，获取空穴内首个电荷生成速度；
利用所述空穴内首个电荷生成速度获取空穴局部放电概率。
11.一种直流电缆局部放电仿真系统，其特征在于，包括：
直流电缆仿真模型构建模块，用于利用预设参数构建直流电缆仿真模型；
剖分层构建模块，用于将待仿真的直流电缆的空穴周边绝缘介质剖分为相同厚度的多个剖分层；
空穴内部的合成电场获取模块，用于利用所述仿真模型对所述直流电缆运行状态进行仿真，获取仿真时刻的空穴内部的合成电场；
合成电场与局放起始场强比对模块，用于判断所述合成电场是否大于空穴气体局放起始场强；
局部放电发生判定模块，用于当合成电场大于空穴气体局放起始场强时，获取空穴局部的放电概率，并根据空穴局部的放电概率判定所述直流电缆空穴是否发生局部放电。
12.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-10中任一所述的直流电缆局部放电仿真方法。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-10中任一所述的直流电缆局部放电仿真方法。
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| CN201910538490.3A CN110427646A (zh) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | 一种直流电缆局部放电仿真方法及系统 |
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2019
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