CN115186422A - 一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法、装置及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法、装置及介质，属于电缆技术领域。该方法包括：获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数；基于预先建立的同相并联电缆载流分布理想仿真模型，采用控制变量法对同相并联电缆在不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析，获取载流不平衡度最低时，各影响参数的选择方案；根据选择方案以及同相并联电缆的实际敷设条件建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，以及根据同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型获取同相并联电缆的最佳敷设方案。该方法、装置及介质能够解决现有的同相并联电缆运行特性仿真分析方法所得的分析结果与实际结果偏差大的问题。

Description

一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法、装置及介质
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法、装置及介质。
背景技术
随着城市化进程快速发展，架空线入地需求增多，大容量的架空线入地改造，需采用并联电缆线路或气体绝缘输电线路（Gas-insulated Transmission Line，GIL）设备。在用电负荷持续上升的背景下，为了满足线路输送能力的要求，在实际工程设计中，通常采用单相多根高压电缆并联的运行方式，而在实际运行中，发现同沟平行敷设的多回路电缆相互之间的电磁耦合关系较强，导致并联运行的同相电缆线路中各分置电流并不相同，存在严重的不平衡，使并联电缆产生局部过热并造成热击穿的严重事故，因此有必要对同相并联电缆的运行特性进行分析，同相并联电缆的运行特性通常包括载流特性和护层电压特性，载流特性具体包括载流不平衡度和稳态载流量。
然而，现有的同相并联电缆运行特性仿真分析方法主要存在两方面的缺陷：一是割裂载流特性和护层电压特性之间的相互关系，分析方法不成体系，即各类仿真分析方法仅可单独用于载流不平衡度分析或稳态载流量计算或护层感应电压分析，而忽略了三种特性之间的相互影响，这将导致分析结果与实际结果有极大误差，二是现有仿真分析方法建立的模型十分简略，忽略了同相并联电缆的实际线路状况，这也使得现有的仿真方法所得的分析结果往往与实际结果偏差大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法、装置及介质，以使所得的分析结果更加贴合实际，仿真度更高。
第一方面，本发明提供一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法，包括：
获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数；
基于预先建立的同相并联电缆载流分布理想仿真模型，采用控制变量法对所述同相并联电缆在不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析，获取载流不平衡度最低时，各影响参数的选择方案；
根据所述选择方案以及所述同相并联电缆的实际敷设条件建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，以及根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案；
将所述最佳敷设方案作为预先建立的电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的激励，获取所述同相并联电缆的温度场分布并确定稳态载流量；
基于所述温度场分布进行载流不平衡度与温度场的迭代计算，分析同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响；
根据所述最佳敷设方案以及预先建立的同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性。
进一步地，所述获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数，具体包括：
对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，获取影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数；
其中，所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因为同相并联电缆阻抗参数的差异，所述影响参数包括以下至少之一：电缆结构、几何尺寸、导体材料、土壤电阻率、电缆间的相对位置关系。
进一步地，所述对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，获取影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数，具体包括：
基于预先建立的同相并联电缆线路阻抗参数数学模型对所述同相并联电缆阻抗参数进行分析，得到对应的阻抗参数值；
根据预先建立的电路模型以及所述阻抗参数值对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，得到影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数。
进一步地，所述基于预先建立的同相并联电缆载流分布理想仿真模型，采用控制变量法对所述同相并联电缆在不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析之前，所述方法还包括：
采用路的模型建立所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型；
其中，所述路的模型中线路设置至少包括以下设置之一：护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数，所述路的模型中线路负载以及电源参数的设置满足同相并联电缆线路的输送容量要求。
进一步地，所述控制变量法中的控制变量包括影响所述阻抗参数值的变量以及电缆自身材料属性变量，所述电缆自身材料属性变量包括以下至少之一：电缆敷设环境、电缆敷设方式、电缆相序排列方式、线芯电阻率差异、电缆绝缘层厚度差异、电缆线芯厚度差异、电缆绝缘材料相对介电常数与相对磁导率差异、电缆线路长度、接触电阻大小、土壤电阻率。
其中，所述电缆敷设环境包括土壤直埋敷设、隧道敷设、电缆沟敷设中的至少一种；所述电缆敷设方式包括一字敷设、双排敷设、品字敷设、倒三角敷设中的至少一种。
进一步地，所述根据所述选择方案以及所述同相并联电缆的实际敷设条件建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，具体包括：
根据载流不平衡度最低时各影响参数的选择方案，设置所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型中对应参数的参数值；
根据所述实际敷设条件，在设置了参数值后的所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型中增设以下部分之一：电缆接头空间换位部分，电缆接头错位部分，电缆终端空间位置不同部分，电缆到电缆终端出线长度差异部分，得到所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型。
进一步地，所述根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案，具体包括：
根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型分析各增设部分对载流不平衡度的影响；
根据各增设部分对载流不平衡度的影响分析结果获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案。
进一步地，所述获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数之后，所述方法还包括：
获取所述同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系，以及所述同相并联电缆的稳态载流量评判标准；
其中，所述同相并联电缆的稳态载流量评判标准由同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系决定，所述同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系为：同相并联电缆安全运行时，导体温度不高于预设温度。
进一步地，所述将所述最佳敷设方案作为预先建立的电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的激励，获取所述同相并联电缆的温度场分布并确定稳态载流量，具体包括：
基于所述同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系以及所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型对所述最佳敷设方案进行电缆载流不平衡度仿真，得到电缆载流不平衡度的仿真结果以及所述同相并联电缆的温度场分布；
将所述电缆载流不平衡度的仿真结果作为预先建立的同相并联电缆温度场仿真模型的输入，不断修正线芯电流直至线芯温度达到所述预设温度，并将线芯温度达到所述预设温度时的线芯电流作为所述稳态载流量。
进一步地，所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型为主要结构包括土壤、空气、隧道或电缆沟内外壁、电线线芯、电缆绝缘层、电缆金属护层、电缆外绝缘层的径向截面二维模型；所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型中的设置场包括磁场以及固体和流体传热，其中，线芯以及金属护层设置为磁场，除线芯以及金属护层外的其余部分设置为固体和流体传热，其耦合关系为电磁热和温度耦合。
进一步地，所述基于所述温度场分布进行载流不平衡度与温度场的迭代计算，分析同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响，具体包括：
利用所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，得到载流分布结果；
将所述载流分布结果作为所述同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的输入，根据所述温度场分布，计算同相并联电缆中电缆线芯和铝护套在对应温度下的电阻率；
将所述电阻率重新输入所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，重复上述利用所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，得到载流分布结果的步骤，直至载流分布结果收敛，得到同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响分析结果。
进一步地，所述电阻率的计算公式如下：
R=R1（1+a（T1-T2））
式中，R表示电阻率，R1为常温下电缆线芯或铝护套材料的电阻率，a为电缆线芯或铝护套材料的温度系数，T1为所求电阻率对应的温度，T2为常温温度值。
进一步地，所述根据所述最佳敷设方案以及预先建立的同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性，具体包括：
对所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型进行线路设置，所述线路设置包括以下设置之一：护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数；
根据所述最佳敷设方案对所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型中的相应参数进行调整；
根据调整相应参数后的所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性。
进一步地，所述同相并联电缆在稳态过程下的护层电压特性为所述同相并联电缆在未发生故障，长期运行时的护层感应电压特性，所述同相并联电缆在暂态过程下的护层电压特性为所述同相并联电缆在线路遭受工频过电压以及操作过电压时的护层感应电压变化特性。
第二方面，本发明提供一种同相并联电缆运行特性仿真分析装置，包括：
影响参数获取模块，用于获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数；
第一仿真分析模块，与所述影响参数获取模块连接，用于基于预先建立的同相并联电缆载流分布理想仿真模型，采用控制变量法对所述同相并联电缆在不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析，获取载流不平衡度最低时，各影响参数的选择方案；
最佳方案获取模块，与所述第一仿真分析模块连接，用于根据所述选择方案以及所述同相并联电缆的实际敷设条件建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，以及根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案；
分布及载流量获取模块，与所述最佳方案获取模块连接，用于将所述最佳敷设方案作为预先建立的电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的激励，获取所述同相并联电缆的温度场分布并确定稳态载流量；
影响分析模块，与所述分布及载流量获取模块连接，用于基于所述温度场分布进行载流不平衡度与温度场的迭代计算，分析同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响；
电压特性获取模块，与所述影响分析模块连接，用于根据所述最佳敷设方案以及预先建立的同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性。
第三方面，本发明提供一种同相并联电缆运行特性仿真分析装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以实现上述第一方面所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法。
本发明提供的同相并联电缆运行特性仿真分析方法、装置及介质，基于热-电耦合，综合考虑载流不平衡度、稳态载流量、以及护层电压特性之间的相互影响，解决了现有技术割裂稳态载流量、载流不平衡度与护层电压特性之间的相互关系的缺陷，同时，本发明在模型建立过程中考虑了同相并联电缆的实际敷设条件，使得建立的优化同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型更切合实际线路，从而解决了现有的同相并联电缆运行特性仿真分析方法因忽略了同相并联电缆的实际线路状况而导致的分析结果与实际结果偏差大的问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法的流程图；
图2为本发明实施例的同相并联电缆电路模型示意图；
图3为本发明实施例1的又一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法的流程图；
图4为本发明实施例的同相并联电缆倒三角敷设方式下空间对称相序示意图；
图5为本发明实施例的同相并联电缆一字敷设方式下空间对称相序示意图；
图6为本发明实施例的同相并联电缆品字敷设方式下空间对称相序示意图；
图7为本发明实施例的同相并联电缆双排敷设方式下空间对称相序示意图；
图8为本发明实施例的电缆接头空间位置变化时电缆敷设示意图；
图9为本发明实施例2的一种同相并联电缆运行特性仿真分析装置的结构示意图；
图10为本发明实施例3的一种同相并联电缆运行特性仿真分析装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
可以理解的是，此处描述的具体实施例和附图仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
可以理解的是，在不冲突的情况下，本发明中的各实施例及实施例中的各特征可相互组合。
可以理解的是，为便于描述，本发明的附图中仅示出了与本发明相关的部分，而与本发明无关的部分未在附图中示出。
可以理解的是，本发明的实施例中所涉及的每个单元、模块可仅对应一个实体结构，也可由多个实体结构组成，或者，多个单元、模块也可集成为一个实体结构。
可以理解的是，在不冲突的情况下，本发明的流程图和框图中所标注的功能、步骤可按照不同于附图中所标注的顺序发生。
可以理解的是，本发明的流程图和框图中，示出了按照本发明各实施例的系统、装置、设备、方法的可能实现的体系架构、功能和操作。其中，流程图或框图中的每个方框可代表一个单元、模块、程序段、代码，其包含用于实现规定的功能的可执行指令。而且，框图和流程图中的每个方框或方框的组合，可用实现规定的功能的基于硬件的系统实现，也可用硬件与计算机指令的组合来实现。
可以理解的是，本发明实施例中所涉及的单元、模块可通过软件的方式实现，也可通过硬件的方式来实现，例如单元、模块可位于处理器中。
申请概述
随着城市化进程快速发展，架空线入地需求增多，大容量的架空线入地改造，需采用并联电缆线路或气体绝缘输电线路（Gas-insulated Transmission Line, GIL）设备。在用电负荷持续上升的背景下，为了满足线路输送能力的要求，在实际工程设计中，通常采用单相多根高压电缆并联的运行方式，而在实际运行中，发现同沟平行敷设的多回路电缆相互之间的电磁耦合关系较强，导致并联运行的同相电缆线路中各分置电流并不相同，存在严重的不平衡，使并联电缆产生局部过热并造成热击穿的严重事故，因此有必要对并联电缆的载流运行特性，即载流不平衡度以及稳态载流量进行分析。
同时，随着城市规模的扩大，电缆线路逐渐向着高电压等级、长距离方向发展，高电压等级交叉互联电缆的应用势在必行。但随之而来的是电缆护层电压升高等一系列问题，对电缆外护层绝缘造成严重威胁。金属线芯、绝缘层以及护层是构成电力电缆的三个主要结构。其中，护层主要承担着保护电缆内部结构，保证电缆运行时正常电气特性的作用。护层的运行状态成为保障电缆线路安全稳定、可靠运行的关键。我国35 kV以上电缆线路主要采用单芯形式，当线芯流过三相正弦交变电流时，产生的磁力线与电缆护层相交链，由于三相线芯电流电磁场无法互相抵消，在每一相电缆护层中都会感应出数值不大的感应电压。当电缆发生故障或是遭受过电压冲击时，线芯电流急剧增大，会在护层上感应出数值较高的感应电压。当多回电缆并列敷设时，由于电缆护层磁通增加，护层感应电压增大问题更为显著，由此引发的问题主要有：当护层感应电压超过电缆外护套绝缘耐受限度时，会造成外护套绝缘击穿，电缆失去外部保护，则内部护层、绝缘层等结构很容易受到机械损伤或是水分、腐蚀等各类环境因素的破坏，造成绝缘受损加剧；由于护层两端接地，金属护层与大地之间形成闭合回路，在护层感应电压的作用下，金属护层中会通过一定数值的环流。监测结果表明，护层环流数值甚至可以达到负荷电流的80%~85%，如从造成严重的环流损耗和电能浪费；当护层环流过大时热效应会加剧，护层温度升高，导致电缆绝缘老化加快，使用年限大幅缩减。此外，运行温度过高还会影响到电缆线芯的载流能力，使得电缆线芯载流量最大降低40%，影响电缆线路的输电效率。
因此，研究同相并联电缆的载流特性，包括载流不平衡度和稳态载流量，以及护层电压特性是非常有意义的。但是现有的仿真分析方法，主要有两方面的缺陷，一是割裂载流特性、护层电压特性之间的相互关系，分析方法不成体系，即各类仿真分析方法仅可单独用于载流不平衡度分析或稳态载流量计算或护层感应电压分析，而忽略了三种特性之间的相互影响，这将导致分析结果与实际结果有极大误差，例如在分析稳态载流量时，如不考虑同相并联电缆的载流不平衡度，所得结果应用于实际线路，因为同相并联电缆之间载流不平衡度的存在，将会有部分电缆实际运行电流远大于仿真分析所得的稳态载流量，导致热击穿事故；另一方面现有仿真分析方法建立的模型十分简略，忽略了同相并联电缆的实际线路状况，例如不考虑电缆接头换位、终端出线长度差异、温度变化对载流不平衡度影响等实际情况。同相并联电缆金属护层如采用交叉互联的连接方式，在交叉互联处，三相电缆接头有距离错位，且交叉互联处电缆接头会进行换位导致电缆的空间位置改变，由于同相并联电缆电缆接头大，长度长，因此由于错位以及换位对载流不平衡度的影响不可忽略；同时同相并联电缆至终端的出线长度不同，电缆终端空间位置不同，对载流不平衡度亦有影响；此外，由于同相并联电缆传输容量大，电缆发热严重，使得电缆线芯与护层的电阻率由于热特性而发生大幅变化，这些因素对于同相并联电缆的载流特性影响极大，并进一步影响护层电压特性，这也使得现有方法所得分析结果往往与实际结果偏差大。
针对上述技术问题，本申请的构思是提供一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法、装置及介质，基于热-电耦合，综合考虑载流不平衡度、稳态载流量、以及护层电压特性之间的相互影响，同时考虑同相并联电缆的实际敷设条件，使得所得的分析结果更加贴合实际。
在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。
实施例1：
本实施例提供一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法，如图1所示，该方法包括：
步骤S101：获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数。
具体地，对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，获取影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数，其中，所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因为同相并联电缆阻抗参数的差异，所述影响参数包括以下至少之一：电缆结构、几何尺寸、导体材料、土壤电阻率、电缆间的相对位置关系。
可选地，所述对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，获取影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数，具体包括：
基于预先建立的同相并联电缆线路阻抗参数数学模型对所述同相并联电缆阻抗参数进行分析，得到对应的阻抗参数值；
根据预先建立的电路模型以及所述阻抗参数值对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，得到影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数。
在本实施例中，对同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析主要包括：同相并联电缆线路阻抗参数数学模型的搭建以及利用Carson-Clem电磁波理论对同相并联电缆的阻抗参数进行分析。单芯电缆三相系统为多导体系统，N个无铠装电缆构成的三相回路中线芯-护套耦合导体数为6N，因此，对于电缆系统，可以根据导体数建立相应电路模型，并结合电缆阻抗参数值计算各电缆中的载流，对于同相并联电缆，载流不平衡度表征为并联两根电缆载流之差与并联两根电缆载流均值之比，而电缆载流的求解又为电缆电压与电缆阻抗之比，故载流不平衡度最后可化简为与并联电缆阻抗参数相关的函数，因此，借助该电路模型与阻抗参数值可以达到分析载流不平衡度的目的。该电路模型可以如图2所示，其中， Ia表示A相主干回路电流，Ib表示B相主干回路电流，Ic表示C相主干回路电流，In表示中心线回路电流， Ic1表示A相并联支路1电流， Ic2表示A相并联支路2电流，Ic3表示B相并联支路1电流，Ic4表示B相并联支路2电流，Ic5表示C相并联支路1电流，Ic6表示C相并联支路2电流，Ea表示A相电源，Eb表示B相电源，Ec表示C相电源。电缆阻抗参数包括自阻抗及互阻抗两部分，自阻抗主要由电缆结构、几何尺寸、导体材料及土壤电阻率等决定，互阻抗则取决于电缆间的相对位置关系。Carson-Clem电磁波理论，用三个平行的“导体-大地”回路代替三相系统，而大地可等效为一根虚设导体作为回流路径，因此，以大地为回流路径的三相电缆线路，其阻抗参数可简化为普通平行双导线回路的自阻抗及回路之间互阻抗的计算。同样，同相并联电缆与大地构成的回路，其阻抗矩阵也可依此方法进行计算。单位长度电缆“线芯-大地”回路自阻抗为：
Zaa=Raa+Rg+jXaa
式中，Raa为单位长度电缆线芯电阻；Rg为单位长度大地等值电阻，据Carson-Clem 公式得
Figure 676535DEST_PATH_IMAGE001
，f为频率；Xaa为单位长度的回路电抗，平行双导线回路的电抗计 算公式
Figure 201058DEST_PATH_IMAGE002
，Dm为两导线间距，rs为导线等值半径，因此工频下“线 芯-大地”回路电抗
Figure 486545DEST_PATH_IMAGE003
。地中虚设 导体d位于三相电缆线路几何中心的正下方，埋深即等值深度为
Figure 957978DEST_PATH_IMAGE004
, 其中Dad为线芯a与地中虚设导体d的等值距离，ρ为土壤电阻率 (Ω·m)，而虚设导体d的 尺寸与所敷设的电缆相一致，即等值半径rsd=rsa。可得工频下单位长度电缆“线芯-大地”回 路的自阻抗为
Figure 278101DEST_PATH_IMAGE005
。而据平行双导线 回路间的互电抗计算原理，工频下两电缆线芯以大地为回路时，单位长度回路之间的互阻 抗为
Figure 740569DEST_PATH_IMAGE006
。自 阻抗与互阻抗共同确定了电缆阻抗参数的数值，从而确定了载流不平衡度的影响因素。由 公式可得，自阻抗主要由电缆结构、几何尺寸、导体材料及土壤电阻率等决定，互阻抗则取 决于电缆间的相对位置关系，即同相并联电缆载流不平衡度受上述参数影响。
可选地，所述获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数之后，所述方法还包括：
获取所述同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系，以及所述同相并联电缆的稳态载流量评判标准；
其中，所述同相并联电缆的稳态载流量评判标准由同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系决定，所述同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系为：同相并联电缆安全运行时，导体温度不高于预设温度。
在本实施例中，同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系为同相并联电缆线芯电流所产生的线芯损耗、护层电流所产生的环流损耗、涡流所产生的涡流损耗经由热传导方式影响电缆温度场分布；通过对同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系进行分析，获取同相并联电缆的稳态载流量评判标准，该同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系为，同相并联电缆安全运行时，导体温度不得高于电缆允许最高持续工作温度，也即预设温度，该预设温度优选为90℃。
步骤S102：基于预先建立的同相并联电缆载流分布理想仿真模型，采用控制变量法对所述同相并联电缆在不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析，获取载流不平衡度最低时，各影响参数的选择方案。
可选地，所述基于预先建立的同相并联电缆载流分布理想仿真模型，采用控制变量法对所述同相并联电缆在不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析之前，所述方法还包括：
采用路的模型建立所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型；
其中，所述路的模型中线路设置至少包括以下设置之一：护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数，所述路的模型中线路负载以及电源参数的设置满足同相并联电缆线路的输送容量要求。
可选地，所述控制变量法中的控制变量包括影响所述阻抗参数值的变量以及电缆自身材料属性变量，所述电缆自身材料属性变量包括以下至少之一：电缆敷设环境、电缆敷设方式、电缆相序排列方式、线芯电阻率差异、电缆绝缘层厚度差异、电缆线芯厚度差异、电缆绝缘材料相对介电常数与相对磁导率差异、电缆线路长度、接触电阻大小、土壤电阻率。
其中，所述电缆敷设环境包括土壤直埋敷设、隧道敷设、电缆沟敷设中的至少一种；所述电缆敷设方式包括一字敷设、双排敷设、品字敷设、倒三角敷设中的至少一种。
在本实施例中，同相并联电缆载流分布理想仿真模型在ATP-EMTP软件中建立，模型建立时采用路的模型，线路负载，电源参数采用迭代法直至满足同相并联电缆线路的输送容量要求。线路设置包括护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数等，均参考已运行的线路或理论要求进行设置；采用控制变量法对同相并联电联不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析，其中的控制变量包括：依照上述的自阻抗公式，选择影响阻抗计算结果的参数变量，以及电缆自身重要材料属性变量主要包括电缆敷设环境、敷设方式、相序排列方式、线芯电阻率差异、电缆绝缘层厚度差异、电缆线芯厚度差异、电缆绝缘材料相对介电常数与相对磁导率差异、电缆线路长度、接触电阻大小、土壤电阻率。其中，敷设环境包括土壤直埋敷设、隧道敷设、电缆沟敷设，敷设方式包括一字敷设、双排敷设、品字敷设、倒三角敷设。
步骤S103：根据所述选择方案以及所述同相并联电缆的实际敷设条件建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，以及根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案。
可选地，所述根据所述选择方案以及所述同相并联电缆的实际敷设条件建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，具体包括：
根据载流不平衡度最低时各影响参数的选择方案，设置所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型中对应参数的参数值；
根据所述实际敷设条件，在设置了参数值后的所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型中增设以下部分之一：电缆接头空间换位部分，电缆接头错位部分，电缆终端空间位置不同部分，电缆到电缆终端出线长度差异部分，得到所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型。
可选地，所述根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案，具体包括：
根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型分析各增设部分对载流不平衡度的影响；
根据各增设部分对载流不平衡度的影响分析结果获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案。
在本实施例中，建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，在ATP-EMTP软件中进行建模。优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型是指，本案模型较现有技术的优化，即本模型考虑了实际同相并联电缆线路敷设条件，包括电缆换位时电缆接头空间位置不同，电缆接头错位，电缆终端空间位置不同，电缆线路到电缆终端出线长度不同，即在同相并联电缆载流分布理想仿真模型与分析结果的基础上，选择载流不平衡度最低的模型，采用控制变量法在模型中分别增设电缆接头空间换位部分，电缆接头错位，电缆终端空间位置不同，电缆到电缆终端出线长度差异部分，该部分参数设置参考实际线路，并分析增设上述部分后对载流不平衡度的影响。
步骤S104：将所述最佳敷设方案作为预先建立的电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的激励，获取所述同相并联电缆的温度场分布并确定稳态载流量。
具体地，基于所述同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系以及所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型对所述最佳敷设方案进行电缆载流不平衡度仿真，得到电缆载流不平衡度的仿真结果以及所述同相并联电缆的温度场分布；将所述电缆载流不平衡度的仿真结果作为预先建立的同相并联电缆温度场仿真模型的输入，不断修正线芯电流直至线芯温度达到所述预设温度，并将线芯温度达到所述预设温度时的线芯电流作为所述稳态载流量，该预设温度优选为90℃。
其中，所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型为主要结构包括土壤、空气、隧道或电缆沟内外壁、电线线芯、电缆绝缘层、电缆金属护层、电缆外绝缘层的径向截面二维模型；所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型中的设置场包括磁场以及固体和流体传热，其中，线芯以及金属护层设置为磁场，除线芯以及金属护层外的其余部分设置为固体和流体传热，其耦合关系为电磁热和温度耦合。
具体地，该同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型，基于电-热耦合，并考虑载流不平衡度-稳态载流量影响关系，实现对现有技术的优化，在Comsol软件中建立同相并联电缆温度场仿真模型。该建立的电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型为二维模型，主要结构为土壤、空气、隧道或电缆沟内外壁、电线线芯、电缆绝缘层、电缆金属护层、电缆外绝缘层的径向截面二维模型。利用所述上述的同相并联电缆载流分布分析结果，选择参数使的同相并联电缆载流不平衡度最低，利用该模型的电缆载流不平衡度结果作为Comsol软件中同相并联电缆温度场仿真模型的输入，不断修正线芯电流直至线芯温度达到90℃，并将此时线芯电流大小作为稳态载流量。其中，不断修正线芯电流直至线芯温度达到的温度由同相并联电缆的稳态载流量评判标准确定，所述热-电耦合的分析方法为同相并联电缆温度场模型中，所设置场包括磁场以及固体和流体传热，其中线芯以及金属护层设置为磁场，模型中其余部分设置为固体和流体传热，其耦合关系为电磁热和温度耦合。
具体地，计算温度场分布，需要考虑稳态载流量对温度分布的影响，即根据同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系以及该电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型可以得到同相并联电缆的温度场分布。
步骤S105：基于所述温度场分布进行载流不平衡度与温度场的迭代计算，分析同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响。
可选地，所述基于所述温度场分布进行载流不平衡度与温度场的迭代计算，分析同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响，具体包括：
利用所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，得到载流分布结果；
将所述载流分布结果作为所述同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的输入，根据所述温度场分布，计算同相并联电缆中电缆线芯和铝护套在对应温度下的电阻率；
将所述电阻率重新输入所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，重复上述利用所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，得到载流分布结果的步骤，直至载流分布结果收敛，得到同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响分析结果。
可选地，所述电阻率的计算公式如下：
R=R1（1+a（T1-T2））
式中，R表示电阻率，R1为常温下电缆线芯或铝护套材料的电阻率，a为电缆线芯或铝护套材料的温度系数，T1为所求电阻率对应的温度，T2为常温温度值。
在本实施例中，利用优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，将载流分布结果作为同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的输入，根据温度分布结果，计算电缆线芯和铝护套电阻率在该温度下的值，并将该值代入优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型中，重新计算载流分布。重复上述步骤，不断迭代，直至载流分布结果收敛，其中，收敛是指：电流差值0.2以下。
其中，电阻率随温度变化公式如下：
R=R1（1+a（T1-T2））
式中，R代表材料所求温度下的电阻率，R1为常温下（20℃）时材料的电阻率，电缆 线芯材料为铜，常温下电阻率取
Figure 716615DEST_PATH_IMAGE007
护层材料为铝，常温下电阻率取
Figure 788476DEST_PATH_IMAGE008
，a 为材料温度系数，铜取0.004，铝取0.0043，T1为所求电阻率对应温 度，T2为常温（20℃）。
步骤S106：根据所述最佳敷设方案以及预先建立的同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性。
可选地，所述根据所述最佳敷设方案以及预先建立的同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性，具体包括：
对所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型进行线路设置，所述线路设置包括以下设置之一：护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数；
根据所述最佳敷设方案对所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型中的相应参数进行调整；
根据调整相应参数后的所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性。
可选地，所述同相并联电缆在稳态过程下的护层电压特性为所述同相并联电缆在未发生故障，长期运行时的护层感应电压特性，所述同相并联电缆在暂态过程下的护层电压特性为所述同相并联电缆在线路遭受工频过电压以及操作过电压时的护层感应电压变化特性。
在本实施例中，同相并联电缆护层电压特性仿真模型在ATP-EMTP软件中建立，该模型采用路的模型，线路负载，电源参数采用迭代法直至满足同相并联电缆线路的输送容量。线路设置包括护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数等，均参考已运行的线路或理论要求进行设置；调整参数，使模型中同相并联电缆通过的电流在该参数下符合最佳敷设方案，即建立同相并联电缆载流不平衡度-护层电压特性的耦合关系，实现对现有技术的优化，研究同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压运行特性。稳态特性为同相并联电缆在未发生故障，长期运行时的护层感应电压；暂态特性为，同相并联电缆在线路遭受工频过电压以及操作过电压时的护层感应电压变化特性，主要为暂态峰值、由故障状态达到工频稳态时间、工频稳态值。所得护层感应电压稳态值与暂态特性，可用于指导电缆生产中绝缘的设计并指导线路设计时，制定合理的电缆过电压防护方案。
需要说明的是，本发明得到的同相并联电缆线路载流不平衡度分析结果，可指导各电压等级同相并联电缆的生产。仿真分析影响载流不平衡的电缆自身参数，并将结果应用于电缆生产阶段，控制电缆生产过程中影响不平衡度的主要参数在仿真所获得的允许接受范围内，从而降低电缆投运后可能产生的不平衡度大小。
需要说明的是，仿真分析影响载流不平衡的电缆敷设因素，可以辅助进行各电压等级同相并联电缆线路的设计，经由仿真分析结果，选择最优的线路方式方案，包括排列方式、相序等，使线路整体载流不平衡度达到最佳，减少因为设计不当而使电缆线路发生故障的可能性。
需要说明的是，本发明得到的同相并联电缆线路稳态载流量仿真分析结果，可以指导设计各电压等级电缆线路的容量。经由仿真结果所获得的稳态载流量与实际线路误差小，可以辅助设计单位、生产单位根据线路所需的传输容量，对电缆进行选型设计，避免投运后可能出现的传输容量不够或传输容量浪费。
需要说明的是，本发明得到的同相并联电缆的护层电压特性分析结果，可以对各电压等级电缆的生产、绝缘防护、护层保护器选型提供依据。仿真可获得电缆线路稳态运行下的护层感应电压以及影响护层感应电压的主要因素，在电缆生产时可以根据仿真结果，对影响护层感应电压的主要因素进行严格把控；同时所述分析结果还包括电缆在故障下产生的暂态电压，根据暂态电压的峰值、稳态值等暂态特性的仿真结果，在线路设计时可以辅助选择合理的护层保护器型号，降低电缆护层保护器与暂态电压特性配合不当导致严重故障的风险。
在一个具体的实施例中，如图3所示，该同相并联电缆运行特性仿真分析方法可以包括如下步骤：
（1）通过对同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，获取同相并联电缆实际敷设中的各类条件对载流不平衡度的影响关系；
（2）通过对同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系进行研究，以及对同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系的研究，获取同相并联电缆稳态载流量的评判标准；
（3）根据同相并联电缆线路的特点，建立同相并联电缆载流分布理想仿真模型，根据步骤1原理分析所获得的影响载流不平衡度的各种影响参数以及线路运行中发现的影响参数，采用控制变量法对同相并联电联不同参数下的载流分布情况进行仿真分析，确定同相并联电缆敷设中各类参数对载流不平衡的影响以及最佳敷设方案；
（4）基于步骤3所得分析结果，考虑实际同相并联电缆线路敷设条件，建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，进行载流不平衡度仿真，分析线路实际敷设中出现的各类因素对载流不平衡度的影响；
（5）根据同相并联电缆线路的特点，建立电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型，将步骤3、4所得载流不平衡度结果，作为同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的激励，研究同相并联电缆温度场分布并，并依据步骤2获得的评判标准并确定稳态载流量；
（6）基于步骤5的同相并联电缆温度场分布建立同相并联线路温度场与步骤4的耦合关系，进行载流不平衡度与温度场的迭代计算，分析同相并联电缆温度变化对载流不平衡度影响；
（7）建立同相并联电缆护层电压特性仿真模型，基于电-热耦合，并考虑载流不平衡度-电缆护层电压特性影响关系，将步骤3,4,6所获得载流不平衡度结果作为同相并联电缆护层电压特性仿真模型中的电缆载流值确定依据，研究同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层运行特性。
具体地，首先按照步骤1与步骤2对同相并联电缆载流不平衡度的产生原因，稳态载流量与温度场分布关系，同相并联电缆稳态载流量评判标准进行分析。其中，载流量不平衡度产生原因主要为同相并联电缆阻抗参数的差异，而影响阻抗参数的因素包括电缆结构、几何尺寸、导体材料、土壤电阻率、电缆间的相对位置关系等；同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系，主要为同相并联电缆线芯电流所产生的线芯损耗、护层电流所产生的环流损耗、涡流所产生的的涡流损耗经由热传导方式影响电缆温度场分布。同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系为，同相并联电缆安全运行时，导体温度不得高于电缆允许最高持续工作温度90℃。
具体地，步骤3中，在ATP-EMTP软件中建立同相并联电缆载流分布理想仿真模型，以500kV同相并联电缆线路为例，设置线路的电源为500kV线路电压等级，护层设置为交叉互联、两端直接接地方式，线路总长设置为3Km，其余参数亦参考500kV线路要求进行设置，保持上述参数不变，负载参数不断调整，直至同相并联电缆载流保持在传输容量的50％~80％之间，即模拟重载情况，其中电缆采用LCC模块来表征，在该模块中设置电缆的相关参数与敷设位置以及相序排列方式等，计算模型采用pi模型。模型搭建完毕后，采用控制变量法仿真步骤1所述各参数对载流不平衡度的影响，例如其余参数不变，改变同相并联电缆的相序排列方式（改变电缆相对位置关系的一种方式），仿真4种排列方式下的载流不平衡度大小，可得出在空间对称相序下的载流不平衡最小，倒三角敷设方式下空间对称相序示意图如图4所示，一字敷设方式下空间对称相序示意图如图5所示，品字敷设方式下空间对称相序示意图如图6所示，双排敷设方式下空间对称相序示意图如图7所示，其中，A、B、C、a、b、c为对应电缆的标号；或者保持其他参数不变，改变同相并联电缆导体电阻率的差异（改变导体材料的一种方式），使并联的两根电缆导体电阻率差异在1~1.7倍之间变化，可得随着电阻率差异变化，载流不平衡度变化规律。在各类因素变化对载流不平衡度变化的影响分析完毕后，按照分析结果，给出载流平衡度最低时，各因素的选择方案，如为了保证载流不平衡度最低，应当选择空间对称相序的排列方式，并联电缆导体电阻率之比为1等。
具体地，步骤4中，按照步骤3所得出的载流不平衡度最低时，各因素的选择方案，按照该方案设置同相并联电缆载流分布理想仿真模型中的各因素大小或方案，在此例中，载流不平衡度为0。随后在同相并联电缆载流分布理想仿真模型中，增设电缆接头空间换位部分，电缆接头错位部分，电缆终端位置部分，电缆到电缆终端出线长度差异部分并分析对载流不平衡度的影响。其中电缆接头空间换位部分通过改变换位段内电缆的空间敷设位置表示，如图8所示，换位后各电缆的距离等，在本例中依照500kV线路相关数据设置。电缆接头错位，可以理解为电缆换位段错位，可以通过改变并联电缆各自换位段的LCC模块长度来模拟电缆接头错位，电缆终端空间位置不同，主要影响电缆出线段的排列方式，故增加电缆出线段的LCC模块，在本例中同相并联电缆线路敷设方式为倒三角敷设，但是终端排列方式呈两行三列的排列方式，故增设的电缆出线段LCC模块中，电缆的排列方式应当按照终端的排列方式进行设置，同时对于同相并联电缆出线段长度差异，针对较长支路单独设置1个LCC模块，长度为出线差异长度，用以表征同相并联电缆有差异的长度。在本例中，增设上述部分后，载流不平衡度从0％变为3％，而线路实测不平衡度为4％，现有仿真技术所搭建的理想模型所得结果为0~1％之间，由此可见，本优化模型弥补了现有技术的不足。同时采用控制变量法，分析步骤4所述因素变化对载流不平衡度的影响，基于上述内容给出同相并联最佳敷设方案。
具体地，步骤5中，在Comsol软件中建立同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型。建立模型为二维模型，主要结构为土壤、空气、隧道或电缆沟内外壁、电线线芯、电缆绝缘层、电缆金属护层、电缆外绝缘层的径向截面二维模型。利用所述步骤4的同相并联电缆最佳布置方案仿真载流不平衡度，该模型的电缆载流不平衡度结果作为Comsol软件中同相并联电缆温度场仿真模型的输入，不断修正线芯电流直至线芯温度达到90℃，并将此时线芯电流大小作为稳态载流量，其中输入参数为电流大小，在修正线芯电流直至线芯温度达到90℃的过程中，只自由改变一条电缆的载流不平衡度，作为自变量，其余电缆的电流作为因变量，根据步骤4所得并联电缆载流不平衡度以及不同相电缆之间的比例关系，进行计算；电-热耦合的分析方法为同相并联电缆温度场模型中，所设置物理场包括磁场以及固体和流体传热，其中线芯以及金属护层设置为磁场，模型中其余部分设置为固体和流体传热，最后设置耦合接口为电磁热和温度耦合。
具体地，步骤6中，利用步骤4所建立模型进行载流分布分析，将载流分布结果作为步骤5同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的输入，根据温度分布结果，计算电缆线芯和铝护套电阻率在该温度下的值，并将该值代入到步骤4所建立模型中，重新计算载流分布。重复上述步骤，不断迭代，直至载流差值结果收敛；在本例中，先通过步骤4获得载流不平衡度最低时的载流分布，电缆为倒三角敷设，仿真所得六根电缆的电流值分别为（1）组：1919.8A，1919.8A，1920.1A，1920.1A，1919.8A，1919.8A。将该数值代入步骤5建立的同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型，作为输入，计算得温度分布，各电缆导体温度分布（顺序与前述电流值对应，后同）为75.108℃、75.822℃、90.118℃、67.106℃、90.219℃、67.556，根据电阻率公式，计算各电缆导体在上述温度下对应的电阻率，护层电阻率用同样的方法调整。之后在步骤4的所建立的模型中调整导体、护层电阻率为计算值，并进行仿真，得到六根电缆的电流值分别为（2）组：1920.5A、1919.1A,1923.9A,1916.2A,1917.7A,1921.9A,计算此时的载流不平衡度，并比较（1）、（2）两组的各电缆中的电流差值，如果差值的最大值小于0.2A，则认为结果已收敛，即步骤4两次仿真中电流大小不再变化，再进行迭代计算结果依然不会变化。如果差值的最大值大于0.2A，则重复前述步骤进行迭代计算，同时记录每次计算的载流不平衡度，直至差值的最大值小于0.2A。在本例中，电流差值收敛迭代结束时，导体温度变化7℃，同相并联电缆载流不平衡度变化了0.45％。
具体地，步骤7中，在ATP-EMTP软件中建立电缆护层电压特性仿真模型，线路设置包括护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数等，均参考已运行的线路或理论要求进行设置；调整参数，使模型中同相并联电缆通过的电流在该参数下符合步骤4的分析结果，保持载流分布一致，即建立同相并联电缆载流不平衡度-护层电压特性的耦合关系，实现对现有技术的优化，研究同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压运行特性。在本实施例中，电缆自身参数与线路设置参考500kV电压等级线路，与步骤3相同，分析线路发生单相接地故障时的工频过电压以及三相不同期合闸空载线路时的操作过电压。单相接地故障在模型中通过时控开关元件与接地电阻进行模拟，设置时控开关一段接在电缆导体，另一端通过接地电阻接地，在0.02秒时闭合，模拟接地过程，观测电缆护层电压的稳态与暂态过程。三相不同期合闸空载线路通过三相时控开关和三个统计开关进行模拟。线路末端设置成开路，在电源与电缆线路之间放置三相时控开关，三相时控开关闭合时间不同，模拟三相不同期合闸空载线路时，护层的典型感应电压过程。但是由于实际线路三相不同期合闸时各项合闸时间具有统计性，合闸时间并不确定，因此应当使用三相统计开关，进行统计计算，设置各相合闸时间的最大差值，并设置计算次数为150次，仿真护层感应电压，并记录最大值。所得护层感应电压特性，可用于指导电缆生产中绝缘的设计并指导线路设计时，制定合理的电缆过电压防护。
本发明实施例提供的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，基于热-电耦合，综合考虑载流不平衡度、稳态载流量、以及护层电压特性之间的相互影响，解决了现有技术割裂稳态载流量、载流不平衡度与护层电压特性之间的相互关系的缺陷，同时，本发明在模型建立过程中考虑了同相并联电缆的实际敷设条件，使得建立的优化同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型更切合实际线路，从而解决了现有的同相并联电缆运行特性仿真分析方法因忽略了同相并联电缆的实际线路状况而导致的分析结果与实际结果偏差大的问题。
实施例2：
如图9所示，本实施例提供一种同相并联电缆运行特性仿真分析装置，用于执行上述同相并联电缆运行特性仿真分析方法，包括：
影响参数获取模块11，用于获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数；
第一仿真分析模块12，与所述影响参数获取模块11连接，用于基于预先建立的同相并联电缆载流分布理想仿真模型，采用控制变量法对所述同相并联电缆在不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析，获取载流不平衡度最低时，各影响参数的选择方案；
最佳方案获取模块13，与所述第一仿真分析模块12连接，用于根据所述选择方案以及所述同相并联电缆的实际敷设条件建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，以及根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案；
分布及载流量获取模块14，与所述最佳方案获取模块13连接，用于将所述最佳敷设方案作为预先建立的电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的激励，获取所述同相并联电缆的温度场分布并确定稳态载流量；
影响分析模块15，与所述分布及载流量获取模块14连接，用于基于所述温度场分布进行载流不平衡度与温度场的迭代计算，分析同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响；
电压特性获取模块16，与所述影响分析模块15连接，用于根据所述最佳敷设方案以及预先建立的同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性。
可选地，所述影响参数获取模块11具体用于：
对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，获取影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数；
其中，所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因为同相并联电缆阻抗参数的差异，所述影响参数包括以下至少之一：电缆结构、几何尺寸、导体材料、土壤电阻率、电缆间的相对位置关系。
可选地，所述影响参数获取模块11具体包括：
第一分析单元，用于基于预先建立的同相并联电缆线路阻抗参数数学模型对所述同相并联电缆阻抗参数进行分析，得到对应的阻抗参数值；
第二分析单元，用于根据预先建立的电路模型以及所述阻抗参数值对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，得到影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数。
可选地，所述装置还包括：
第一模型建立模块，用于采用路的模型建立所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型；
其中，所述路的模型中线路设置至少包括以下设置之一：护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数，所述路的模型中线路负载以及电源参数的设置满足同相并联电缆线路的输送容量要求。
可选地，所述控制变量法中的控制变量包括影响所述阻抗参数值的变量以及电缆自身材料属性变量，所述电缆自身材料属性变量包括以下至少之一：电缆敷设环境、电缆敷设方式、电缆相序排列方式、线芯电阻率差异、电缆绝缘层厚度差异、电缆线芯厚度差异、电缆绝缘材料相对介电常数与相对磁导率差异、电缆线路长度、接触电阻大小、土壤电阻率。
其中，所述电缆敷设环境包括土壤直埋敷设、隧道敷设、电缆沟敷设中的至少一种；所述电缆敷设方式包括一字敷设、双排敷设、品字敷设、倒三角敷设中的至少一种。
可选地，所述最佳方案获取模块13包括：
第一设置单元，用于根据载流不平衡度最低时各影响参数的选择方案，设置所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型中对应参数的参数值；
增设单元，用于根据所述实际敷设条件，在设置了参数值后的所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型中增设以下部分之一：电缆接头空间换位部分，电缆接头错位部分，电缆终端空间位置不同部分，电缆到电缆终端出线长度差异部分，得到所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型。
可选地，所述最佳方案获取模块13还包括：
第三分析单元，用于根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型分析各增设部分对载流不平衡度的影响；
最佳方案获取单元，用于根据各增设部分对载流不平衡度的影响分析结果获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案。
可选地，所述装置还包括：
评判标准获取模块，用于获取所述同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系，以及所述同相并联电缆的稳态载流量评判标准；
其中，所述同相并联电缆的稳态载流量评判标准由同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系决定，所述同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系为：同相并联电缆安全运行时，导体温度不高于预设温度。
可选地，所述分布及载流量获取模块14具体包括：
第一仿真单元，用于基于所述同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系以及所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型对所述最佳敷设方案进行电缆载流不平衡度仿真，得到电缆载流不平衡度的仿真结果以及所述同相并联电缆的温度场分布；
修正单元，用于将所述电缆载流不平衡度的仿真结果作为预先建立的同相并联电缆温度场仿真模型的输入，不断修正线芯电流直至线芯温度达到所述预设温度，并将线芯温度达到所述预设温度时的线芯电流作为所述稳态载流量。
可选地，所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型为主要结构包括土壤、空气、隧道或电缆沟内外壁、电线线芯、电缆绝缘层、电缆金属护层、电缆外绝缘层的径向截面二维模型；所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型中的设置场包括磁场以及固体和流体传热，其中，线芯以及金属护层设置为磁场，除线芯以及金属护层外的其余部分设置为固体和流体传热，其耦合关系为电磁热和温度耦合。
可选地，所述影响分析模块15具体包括：
第四分析单元，用于利用所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，得到载流分布结果；
第一计算单元，用于将所述载流分布结果作为所述同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的输入，根据所述温度场分布，计算同相并联电缆中电缆线芯和铝护套在对应温度下的电阻率；
重复单元，用于将所述电阻率重新输入所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，重复上述利用所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，得到载流分布结果的步骤，直至载流分布结果收敛，得到同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响分析结果。
可选地，所述电阻率的计算公式如下：
R=R1（1+a（T1-T2））
式中，R表示电阻率，R1为常温下电缆线芯或铝护套材料的电阻率，a为电缆线芯或铝护套材料的温度系数，T1为所求电阻率对应的温度，T2为常温温度值。
可选地，所述电压特性获取模块16具体包括：
第二设置单元，用于对所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型进行线路设置，所述线路设置包括以下设置之一：护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数；
调整单元，用于根据所述最佳敷设方案对所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型中的相应参数进行调整；
特性获取单元，用于根据调整相应参数后的所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性。
可选地，所述同相并联电缆在稳态过程下的护层电压特性为所述同相并联电缆在未发生故障，长期运行时的护层感应电压特性，所述同相并联电缆在暂态过程下的护层电压特性为所述同相并联电缆在线路遭受工频过电压以及操作过电压时的护层感应电压变化特性。
实施例3：
参考图10，本实施例提供一种同相并联电缆运行特性仿真分析装置，包括存储器21和处理器22，存储器21中存储有计算机程序，处理器22被设置为运行所述计算机程序以执行实施例1中的同相并联电缆运行特性仿真分析方法。
其中，存储器21与处理器22连接，存储器21可采用闪存或只读存储器或其他存储器，处理器22可采用中央处理器或单片机。
实施例4：
本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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例1中的同相并联电缆运行特性仿真分析方法。
该计算机可读存储介质包括在用于存储信息（诸如计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或其他数据）的任何方法或技术中实施的易失性或非易失性、可移除或不可移除的介质。计算机可读存储介质包括但不限于RAM（Random Access Memory，随机存取存储器），ROM（Read-Only Memory，只读存储器），EEPROM（Electrically ErasableProgrammable read only memory，带电可擦可编程只读存储器）、闪存或其他存储器技术、CD-ROM（Compact Disc Read-Only Memory，光盘只读存储器），数字多功能盘（DVD）或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。
实施例2至实施例4提供的同相并联电缆运行特性仿真分析装置及介质，基于热-电耦合，综合考虑载流不平衡度、稳态载流量、以及护层电压特性之间的相互影响，解决了现有技术割裂稳态载流量、载流不平衡度与护层电压特性之间的相互关系的缺陷，同时，本发明在模型建立过程中考虑了同相并联电缆的实际敷设条件，使得建立的优化同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型更切合实际线路，从而解决了现有的同相并联电缆运行特性仿真分析方法因忽略了同相并联电缆的实际线路状况而导致的分析结果与实际结果偏差大的问题。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，包括：
获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数；
基于预先建立的同相并联电缆载流分布理想仿真模型，采用控制变量法对所述同相并联电缆在不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析，获取载流不平衡度最低时，各影响参数的选择方案；
根据所述选择方案以及所述同相并联电缆的实际敷设条件建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，以及根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案；
将所述最佳敷设方案作为预先建立的电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的激励，获取所述同相并联电缆的温度场分布并确定稳态载流量；
基于所述温度场分布进行载流不平衡度与温度场的迭代计算，分析同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响；
根据所述最佳敷设方案以及预先建立的同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性。
2.根据权利要求1所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数，具体包括：
对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，获取影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数；
其中，所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因为同相并联电缆阻抗参数的差异，所述影响参数包括以下至少之一：电缆结构、几何尺寸、导体材料、土壤电阻率、电缆间的相对位置关系。
3.根据权利要求2所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，获取影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数，具体包括：
基于预先建立的同相并联电缆线路阻抗参数数学模型对所述同相并联电缆阻抗参数进行分析，得到对应的阻抗参数值；
根据预先建立的电路模型以及所述阻抗参数值对所述同相并联电缆载流不平衡度的产生原因进行分析，得到影响所述同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数。
4.根据权利要求1所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述基于预先建立的同相并联电缆载流分布理想仿真模型，采用控制变量法对所述同相并联电缆在不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析之前，所述方法还包括：
采用路的模型建立所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型；
其中，所述路的模型中线路设置至少包括以下设置之一：护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数，
所述路的模型中线路负载以及电源参数的设置满足同相并联电缆线路的输送容量要求。
5.根据权利要求3所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述控制变量法中的控制变量包括影响所述阻抗参数值的变量以及电缆自身材料属性变量，所述电缆自身材料属性变量包括以下至少之一：电缆敷设环境、电缆敷设方式、电缆相序排列方式、线芯电阻率差异、电缆绝缘层厚度差异、电缆线芯厚度差异、电缆绝缘材料相对介电常数与相对磁导率差异、电缆线路长度、接触电阻大小、土壤电阻率；
其中，所述电缆敷设环境包括土壤直埋敷设、隧道敷设、电缆沟敷设中的至少一种；所述电缆敷设方式包括一字敷设、双排敷设、品字敷设、倒三角敷设中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述根据所述选择方案以及所述同相并联电缆的实际敷设条件建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，具体包括：
根据载流不平衡度最低时各影响参数的选择方案，设置所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型中对应参数的参数值；
根据所述实际敷设条件，在设置了参数值后的所述同相并联电缆载流分布理想仿真模型中增设以下部分之一：电缆接头空间换位部分，电缆接头错位部分，电缆终端空间位置不同部分，电缆到电缆终端出线长度差异部分，得到所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型。
7.根据权利要求6所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案，具体包括：
根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型分析各增设部分对载流不平衡度的影响；
根据各增设部分对载流不平衡度的影响分析结果获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案。
8.根据权利要求1所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数之后，所述方法还包括：
获取所述同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系，以及所述同相并联电缆的稳态载流量评判标准；
其中，所述同相并联电缆的稳态载流量评判标准由同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系决定，所述同相并联电缆温度分布与电缆安全运行状态的关系为：同相并联电缆安全运行时，导体温度不高于预设温度。
9.根据权利要求8所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述将所述最佳敷设方案作为预先建立的电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的激励，获取所述同相并联电缆的温度场分布并确定稳态载流量，具体包括：
基于所述同相并联电缆稳态载流量与温度场分布关系以及所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型对所述最佳敷设方案进行电缆载流不平衡度仿真，得到电缆载流不平衡度的仿真结果以及所述同相并联电缆的温度场分布；
将所述电缆载流不平衡度的仿真结果作为预先建立的同相并联电缆温度场仿真模型的输入，不断修正线芯电流直至线芯温度达到所述预设温度，并将线芯温度达到所述预设温度时的线芯电流作为所述稳态载流量。
10.根据权利要求1所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型为主要结构包括土壤、空气、隧道或电缆沟内外壁、电线线芯、电缆绝缘层、电缆金属护层、电缆外绝缘层的径向截面二维模型；所述电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型中的设置场包括磁场以及固体和流体传热，其中，线芯以及金属护层设置为磁场，除线芯以及金属护层外的其余部分设置为固体和流体传热，其耦合关系为电磁热和温度耦合。
11.根据权利要求1所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述基于所述温度场分布进行载流不平衡度与温度场的迭代计算，分析同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响，具体包括：
利用所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，得到载流分布结果；
将所述载流分布结果作为所述同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的输入，根据所述温度场分布，计算同相并联电缆中电缆线芯和铝护套在对应温度下的电阻率；
将所述电阻率重新输入所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，重复上述利用所述优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型进行载流分布分析，得到载流分布结果的步骤，直至载流分布结果收敛，得到同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响分析结果。
12.根据权利要求11所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述电阻率的计算公式如下：
R=R1（1+a（T1-T2））
式中，R表示电阻率，R1为常温下电缆线芯或铝护套材料的电阻率，a为电缆线芯或铝护套材料的温度系数，T1为所求电阻率对应的温度，T2为常温温度值。
13.根据权利要求1所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述根据所述最佳敷设方案以及预先建立的同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性，具体包括：
对所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型进行线路设置，所述线路设置包括以下设置之一：护层连接方式、护层接地方式、线路总长、电缆结构参数；
根据所述最佳敷设方案对所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型中的相应参数进行调整；
根据调整相应参数后的所述同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性。
14.根据权利要求13所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法，其特征在于，所述同相并联电缆在稳态过程下的护层电压特性为所述同相并联电缆在未发生故障，长期运行时的护层感应电压特性，所述同相并联电缆在暂态过程下的护层电压特性为所述同相并联电缆在线路遭受工频过电压以及操作过电压时的护层感应电压变化特性。
15.一种同相并联电缆运行特性仿真分析装置，其特征在于，包括：
影响参数获取模块，用于获取影响同相并联电缆载流不平衡度的一个或多个影响参数；
第一仿真分析模块，与所述影响参数获取模块连接，用于基于预先建立的同相并联电缆载流分布理想仿真模型，采用控制变量法对所述同相并联电缆在不同影响参数下的载流分布情况进行仿真分析，获取载流不平衡度最低时，各影响参数的选择方案；
最佳方案获取模块，与所述第一仿真分析模块连接，用于根据所述选择方案以及所述同相并联电缆的实际敷设条件建立优化的同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型，以及根据所述同相并联电缆线路实际工程敷设仿真模型获取所述同相并联电缆的最佳敷设方案；
分布及载流量获取模块，与所述最佳方案获取模块连接，用于将所述最佳敷设方案作为预先建立的电-热耦合同相并联电缆稳态载流量有限元仿真模型的激励，获取所述同相并联电缆的温度场分布并确定稳态载流量；
影响分析模块，与所述分布及载流量获取模块连接，用于基于所述温度场分布进行载流不平衡度与温度场的迭代计算，分析同相并联电缆温度变化对载流不平衡度的影响；
电压特性获取模块，与所述影响分析模块连接，用于根据所述最佳敷设方案以及预先建立的同相并联电缆护层电压特性仿真模型，获取所述同相并联电缆在稳态和暂态过程下的护层电压特性。
16.一种同相并联电缆运行特性仿真分析装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以实现如权利要求1-14中任一项所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法。
17.一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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-14中任一项所述的同相并联电缆运行特性仿真分析方法。
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