CN111709165A - 一种表面功能梯度电缆附件的参数优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种表面功能梯度电缆附件的参数优化方法,在电缆主绝缘和应力锥绝缘的界面设置表面功能梯度层，并迭代优化梯度分布。首先，表面功能梯度层设置：在应力锥绝缘和电缆主绝缘的界面设置一个表面介电常数功能梯度层，一端与应力锥半导电部分的根部相连，另一端与应力锥高压导体相连；其次，表面功能梯度层优化：设置表面功能梯度层的初始表面介电常数值为εs0为最大值，在迭代过程中，重复执行如下两个步骤，实现表面功能梯度层的介电常数分布优化。

Description

一种表面功能梯度电缆附件的参数优化方法
技术领域
本发明属于输电技术领域,具体涉及一种表面功能梯度电缆附件的参数优化方法。
背景技术
随着经济的发展和用电需求的增加，高压交流电缆在城市大容量输电中发挥着不可替代的重要作用。电缆附件(如接头和终端等)作为电缆输电系统的关键部件，其绝缘可靠性关系着整个输电系统的安全稳定运行。本发明提出一种表面功能梯度电缆附件及其优化方法，通过设置最优的表面介电常数梯度分布，优化电缆附件应力锥绝缘和电缆主绝缘界面的法向和切向电场分布。本发明的应用可以实现电缆附件界面电场的有效控制，抑制界面局部放电和绝缘破坏，提高电缆输电系统的可靠性。
发明内容
本发明以110kV交流电缆终端为模型，在电缆主绝缘和应力锥绝缘的界面设置表面功能梯度层，并迭代优化梯度分布，实现高压电缆终端界面电场的有效调控，提高高压交流电缆的绝缘可靠性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种表面功能梯度电缆附件的参数优化方法,在电缆主绝缘和应力锥绝缘的界面设置表面功能梯度层，并迭代优化梯度分布；
1)表面功能梯度层设置：在应力锥绝缘和电缆主绝缘的界面设置一个表面介电常数功能梯度层，一端与应力锥半导电部分的根部相连，另一端与应力锥高压导体相连；
3)表面功能梯度层优化：设置表面功能梯度层的初始表面介电常数值为εs0为最大值，在迭代过程中，重复执行如下两个步骤，实现表面功能梯度层的介电常数分布优化：
(3)根据当前的表面介电常数分布，利用有限元算法计算电缆终端的界面切向电场分布；
(4)根据当前计算得到的电场分布和表面介电常数分布，利用如下公式对表面介电常数分布进行调整：
Figure BDA0002503138610000011
其中，εs *(z)和εs(z)分别为调整后和调整前的表面介电常数分布，E(z)界面切向电场分布，max[E(z)]是界面切向电场最大值，α是收敛系数。
有益效果
本发明可以有效调控高压电缆附件的界面电场分布。
图2所示为传统/优化后的表面功能梯度电缆终端的切向电场和表面介电常数分布。最优的表面介电常数分布与电场分布正相关，这是因为电场较大的位置需要设置较大的介电常数来缓解电场集中。相比于传统情况，优化后的表面功能梯度电缆终端拥有更均匀的切向电场分布，可以抑制沿面放电的发展和界面绝缘失效过程。
附图说明
图1所示为表面功能梯度电缆终端的示意图。
图2所示为传统/优化后的表面功能梯度电缆终端的切向电场和表面介电常数分布。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
图1所示为表面功能梯度电缆终端的示意图。
图2所示为传统/优化后的表面功能梯度电缆终端的切向电场和表面介电常数分布。
一种表面功能梯度电缆附件的参数优化方法，包括如下步骤：
首先，表面功能梯度层设置：
图1所示为表面功能梯度电缆终端的示意图。在应力锥绝缘和电缆主绝缘的界面设置一个表面介电常数功能梯度层，一端与应力锥半导电部分的根部相连(地电位)，另一端与应力锥高压导体相连。表面介电常数的定义如下：
εs＝εr·d
其中，εs是功能梯度层的表面介电常数，εr是功能梯度层的体介电常数，d是功能梯度层的厚度。当表面介电常数值足够大时，表面功能梯度层会在电缆终端界面电场的分布中发挥主宰作用。
其次，表面功能梯度层优化：
设置表面功能梯度层的初始表面介电常数值为εs0为最大值。在迭代过程中，重复执行如下两个步骤，实现表面功能梯度层的介电常数分布优化。
(1)根据当前的表面介电常数分布，利用有限元算法计算电缆终端的界面切向电场分布。
(2)根据当前计算得到的电场分布和表面介电常数分布，利用如下公式对表面介电常数分布进行调整。
Figure BDA0002503138610000031
其中，εs *(z)和εs(z)分别为调整后和调整前的表面介电常数分布，E(z)界面切向电场分布，max[E(z)]是界面切向电场最大值，α是收敛系数。
1、表面功能梯度层的材料应该具有尽可能大的体介电常数，在表面介电常数值一定时，使厚度尽可能小。在本实施例中，选取的表面功能梯度层材料为巨介电常数钛酸铜钙(CCTO)，其体介电常数为6000。
2、表面功能梯度层的表面介电常数越大，调控界面电场的效果越好。但是会导致界面泄露电流增大。本实施例中，约束表面功能梯度层的表面介电常数上限为0.3m。
3、增大收敛系数α，可以加快收敛速度，但是α数值过大会造成超调。在本实施例中，α取值为3，经过7次迭代获得最优解。

Claims (3)

1.一种表面功能梯度电缆附件的参数优化方法,其特征在于,在电缆主绝缘和应力锥绝缘的界面设置表面功能梯度层，并迭代优化梯度分布；
1)表面功能梯度层设置：在应力锥绝缘和电缆主绝缘的界面设置一个表面介电常数功能梯度层，一端与应力锥半导电部分的根部相连，另一端与应力锥高压导体相连；
2)表面功能梯度层优化：设置表面功能梯度层的初始表面介电常数值为εs0为最大值，在迭代过程中，重复执行如下两个步骤，实现表面功能梯度层的介电常数分布优化：
(1)根据当前的表面介电常数分布，利用有限元算法计算电缆终端的界面切向电场分布；
(2)根据当前计算得到的电场分布和表面介电常数分布，利用如下公式对表面介电常数分布进行调整：
Figure FDA0002503138600000011
其中，εs *(z)和εs(z)分别为调整后和调整前的表面介电常数分布，E(z)界面切向电场分布，max[E(z)]是界面切向电场最大值，α是收敛系数。
2.根据权利要求1所述的一种表面功能梯度电缆附件的参数优化方法,其特征在于,α取值为3，经过7次迭代获得最优解。
3.根据权利要求1所述的一种表面功能梯度电缆附件的参数优化方法,其特征在于,约束表面功能梯度层的表面介电常数上限为0.3m。
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