CN115828710B

CN115828710B - 电缆支架金具的不均匀厚度设计方法及系统

Info

Publication number: CN115828710B
Application number: CN202310042781.XA
Authority: CN
Inventors: 杨力帆; 刘宇彬; 周鲲; 程育林; 奉策红; 樊海清; 许书宸; 陈梓尧; 周伟
Original assignee: Hunan Jingyan Electric Power Design Co ltd
Current assignee: Hunan Jingyan Electric Power Design Co ltd
Priority date: 2023-01-28
Filing date: 2023-01-28
Publication date: 2023-09-08
Anticipated expiration: 2043-01-28
Also published as: CN115828710A

Abstract

本发明公开了一种电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，包括获取输电线路的运行数据信息；进行电磁‑结构瞬态分析；进行电缆及电缆支架金具的建模；计算电缆支架金具的应力分布；确定电缆支架金具各部分的厚度并完成电缆支架金具的厚度设计。本发明还公开了一种实现所述电缆支架金具的不均匀厚度设计方法的系统。本发明能够确保经受短路电动力的同时减少材料的浪费，通过计算在短路电流冲击下固定金具各个部位具体的应力分布，针对电缆支架金具各部分所受应力大小的不同分别确定不同的金具材料厚度，实现在保证金具能够承受短路电动力冲击的同时降低成本，提高对材料的利用率；而且本发明的可靠性高、实用性好且简单科学。

Description

电缆支架金具的不均匀厚度设计方法及系统

技术领域

本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种电缆支架金具的不均匀厚度设计方法及系统。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠运行，就成为了电力系统最重要的任务之一。

目前，随着电网负荷的不断增大，电力系统需要不断的加大假设。城市地表的拥挤，直接导致架空线路成本的升高；相较于架空电路来说，地下电缆具有运行可靠、不受外界影响、不用架设电杆、不占地面等优点，因此电缆线路得到了越来越广泛的应用。

电缆金具是安装在电缆线路上，对电缆起固定和支撑作用的电缆附件设备。电缆金具固定在安装面上，但并不依赖于电缆安装面。电缆在运行过程中，会遭遇各种各样的外力，但研究表明，其中短路电动力是主要因素。电网短路时，载流导体将承受非常巨大的电动力。国外对电压等级为20kV及以下、且为三角形敷设的单芯电缆的短路过程进行了研究；研究表明，电缆冲击电流最大值为105kA。如此大的冲击电流将在三相导体间产生巨大的电动力，而且该电动力可能瞬间摧毁整条电缆线路。而电缆金具具有固定电缆，在电网短路时将巨大的短路电动力均匀分散在各个固定金具上，从而防止在短路情况下电缆电动力损伤电缆，保证电网安全稳定运行的作用。

目前，线路通用设计中“输电线路金具通用设计”部分主要内容为架空输电线路金具的通用设计，而缺少电力电缆线路金具的通用设计方案。同时，由于生产电缆金具的厂家较多，电缆的种类、结构、规格、铺设方式等也有很多种，所以适配的各金具的规格也是各式各样。特别是电缆固定金具(夹具、层架、支架等)，由于目前对其在设计上还没有统一规格(材料、尺寸、强度等)要求，致使设计随意性较大，质量难以保证；而且，目前制造厂商多是按照过往经验进行制造，使得金具较为笨重，材料浪费过多。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种可靠性高、实用性好且简单科学的电缆支架金具的不均匀厚度设计方法。

本发明的目的之二在于提供一种实现所述电缆支架金具的不均匀厚度设计方法的系统。

本发明提供的这种电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，包括如下步骤：

S1.获取输电线路的运行数据信息；

S2.根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电磁-结构瞬态分析；

S3.根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电缆及电缆支架金具的建模；

S4.根据步骤S2的分析结果和步骤S3的建模数据，计算电缆支架金具的应力分布；

S5.根据步骤S4得到的电缆支架金具的应力分布，确定电缆支架金具各部分的厚度，完成电缆支架金具的厚度设计。

步骤S2所述的根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电磁-结构瞬态分析，具体包括如下步骤：

短路电流计算的步骤，用于计算系统短路过程中可能出现的最严重的的短路电流；

短路过程电磁分析的步骤，用于分析系统短路过程中的电场和磁场；

短路过程结构瞬态动力学分析的步骤，用于根据电场和磁场的分析过程，计算短路过程中的电缆支架金具上各个节点的位移和应力；

结果输出的步骤。

所述的短路电流计算的步骤，具体包括如下步骤：

确定三相短路时产生的短路电流最严重；

设定系统为无限大容量系统，当电缆三相母线发生对称短路时，三相短路电路为：

式中i_A为A相电流；U_m为相电压幅值；Z为每相回路的等效阻抗；ω为电源角频率；θ为初相位角；为短路阻抗角且/>τ_a为时间常数。

所述的短路过程电磁分析的步骤，具体包括如下步骤：

采用磁矢量位A作为辅助变量，则Maxwell方程组表示为：

式中▽为哈密顿算子；H为磁场强度；J为电流密度；E为电场强度；B为磁感应强度；

将A的表达式代入到安培环路方程，得到电磁场控制方程为：

▽²A＝μJ-▽(▽·A)

式中μ为磁导率；

采用库伦规范▽·A＝0作为定解条件，则电磁场控制方程表示为泊松方程形式，为▽²A＝μJ；

采用磁场势函数计算得到磁场储能，表达式为：

式中W为磁场储能；n为积分区域个数；e为计数器；Oc为每一积分区域；A为磁场势函数；Ω为积分域；

采用虚功法，基于W的计算式，得到电缆所受的瞬时电磁力为：

式中F为电缆所受的瞬时电磁力；s为电动力方向路程；V为积分空间；H为磁场强度。

所述的短路过程结构瞬态动力学分析的步骤，具体包括如下步骤：

电缆金具瞬态动力学分析的控制方程为：

式中M为电缆金具系统的质量矩阵；C为电缆金具系统的阻尼矩阵；K为电缆金具系统刚度矩阵；为电缆金具系统节点加速度向量；/>为电缆金具系统节点速度向量；u为电缆金具系统节点位移向量；F(t)为作用在电缆上的节点电磁力载荷向量；

引入α和β作为按积分精度和稳定性要求的计算参数，采用Newmark方法对电缆金具瞬态动力学分析的控制方程进行离散，得到求解电缆金具瞬态动力学分析的控制方程的递推公式为：

式中Δt为步长；δ为计算参数；u_t+Δt为下一个时刻的电缆金具系统节点的位移向量；F_t+Δt为下一个时刻作用在电缆上的节点电磁力载荷向量；u_t为该时刻电缆金具系统节点位移向量；为该时刻电缆金具系统节点速度向量；/>为该时刻电缆金具系统节点加速度向量；

重复迭代计算过程，从而确定给定时间t内的电缆金具各节点上的位移和应力。

步骤S3所述的进行电缆及电缆支架金具的建模，具体包括如下步骤：

电缆支架模型的建立：

采用三维建模软件对电缆支架进行建模，然后再导入有限元软件中进行仿真计算；

电缆模型的建立：

对电缆模型进行简化，简化后的电缆，从内到外依次为导体、绝缘层、铝护套和外护套；

电缆支架金具模型的建立：

在solidworks上完成电缆支架金具的几何建模，然后再导入有限元计算软件进行计算；

电缆长度的确定：

进行初步仿真计算，求出电缆长度随短路电动力的变化关系，取膝点来确定电缆的长度。

步骤S4所述的计算电缆支架金具的应力分布，具体包括如下步骤：

在一个时间步内，计算得到短路情况下流过电缆的短路电流，并以该短路电流作为激励，通过电磁-结构耦合，设置边界条件和网格密度，采用有限元计算方法计算得到电缆支架固定金具在当前时间步内遭遇短路电动力时的应力分布；

重复上述步骤进行迭代，从而得到最终的电缆支架金具的应力分布数据。

步骤S5所述的确定电缆支架金具各部分的厚度，具体包括如下步骤：

计算得到极限短路电流：设定短路前系统处于空载，且短路发生时电源电动势恰好过零，此时的直流分量起始值最大，并将该时刻的电流值作为短路电流幅值；将此时的短路电流再乘以安全系数，得到最终的极限短路电流；

针对电缆支架金具，仅设计卡扣部分的厚度；设定卡扣的20°～160°区域为中间区域，剩余区域为边缘区域；

划分区域后，确定各个区域的材料厚度：

首先根据材料的断裂应力确定材料的目标应力；将材料的断裂应力乘以设定倍数，作为目标应力；

将计算得到的极限短路电流流入电缆导体模型中，通过电磁-结构耦合计算得到金具具体的应力分布，再观察需要确定材料厚度区域的最大应力值：若最大应力值小于目标应力，则表示材料过厚，需要减少材料厚度；若最大应力值大于目标应力，则表示材料过薄，需要增加材料厚度；不断调整材料厚度并进行重复性的迭代计算，使得计算结果表明目标区域的最大应力等于目标应力，此时的材料厚度为该区域的最佳厚度；重复本步骤的过程，直至得到所有区域的最佳材料厚度；

最后，得到所有区域的最佳材料厚度后，在交界处进行平滑过渡，得到最终的电缆支架金具各部分的厚度数据。

本发明还公开了一种实现所述电缆支架金具的不均匀厚度设计方法的系统，具体包括数据获取模块、瞬态分析模块、结构建模模块、应力分布计算模块和厚度设计模块；数据获取模块、瞬态分析模块、结构建模模块、应力分布计算模块和厚度设计模块依次串接；数据获取模块用于获取输电线路的运行数据信息，并将数据上传瞬态分析模块；瞬态分析模块用于根据接收到的数据，进行电磁-结构瞬态分析，并将数据上传结构建模模块；结构建模模块用于根据接收到的数据，进行电缆及电缆支架金具的建模，并将数据上传应力分布计算模块；应力分布计算模块用于根据接收到的数据，计算电缆支架金具的应力分布，并将数据上传厚度设计模块；厚度设计模块用于根据接收到的数据，确定电缆支架金具各部分的厚度，完成电缆支架金具的厚度设计。

本发明提供的这种电缆支架金具的不均匀厚度设计方法及系统，能够确保经受短路电动力的同时减少材料的浪费，通过计算在短路电流冲击下固定金具各个部位具体的应力分布，针对电缆支架金具各部分所受应力大小的不同分别确定不同的金具材料厚度，实现在保证金具能够承受短路电动力冲击的同时降低成本，提高对材料的利用率；而且本发明的可靠性高、实用性好且简单科学。

附图说明

图1为本发明方法的方法流程示意图。

图2为本发明方法的220kV电缆结构示意图。

图3为本发明方法的简化后的220kV电缆结构示意图。

图4为本发明方法的电缆支架金具的结构示意图。

图5为本发明方法的初始状态短路电流向量示意图。

图6为本发明方法的卡扣区域划分示意图。

图7为本发明方法实施例的电缆支架结构尺寸示意图。

图8为本发明方法实施例的电缆支架模型示意图。

图9为本发明方法实施例的电缆结构模型示意图。

图10为本发明方法实施例的初步模型示意图。

图11为本发明方法实施例的电缆短路电动力随电缆长度的变化的示意图。

图12为本发明方法实施例的三相短路电流波形图示意图。

图13为本发明方法实施例的三相短路时电缆所受电动力示意图。

图14为本发明方法实施例的壁厚为80mm时应力分布示意图。

图15为本发明方法实施例的壁厚为50mm时的应力分布示意图。

图16为本发明方法实施例的壁厚为80mm时应力分布示意图。

图17为本发明方法实施例的壁厚为33mm时应力分布示意图。

图18为本发明系统的系统功能模块示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，包括如下步骤：

S1.获取输电线路的运行数据信息；

S2.根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电磁-结构瞬态分析；具体包括如下步骤：

短路电流计算的步骤，用于计算系统短路过程中可能出现的最严重的的短路电流；具体包括如下步骤：

电缆有多种短路情况，对应的短路电流以及电动力大小不同，为分析电缆金具短路电动力机械应力，必须找出系统中可能出现的最严重的短路电流。又电力系统暂态分析知识可知，在电力系统各类短路故障中，三相短路时产生的短路电流最严重；

确定三相短路时产生的短路电流最严重；

式中i_A为A相电流；U_m为相电压幅值；Z为每相回路的等效阻抗；ω为电源角频率；θ为初相位角；为短路阻抗角且/>τ_a为时间常数；

短路过程电磁分析的步骤，用于分析系统短路过程中的电场和磁场；具体包括如下步骤：

采用磁矢量位A作为辅助变量，则Maxwell方程组表示为：

将A的表达式代入到安培环路方程，得到电磁场控制方程为：

▽²A＝μJ-▽(▽·A)

式中μ为磁导率；

采用磁场势函数计算得到磁场储能，表达式为：

式中F为电缆所受的瞬时电磁力；s为电动力方向路程；V为积分空间；H为磁场强度；

短路过程结构瞬态动力学分析的步骤，用于根据电场和磁场的分析过程，计算短路过程中的电缆支架金具上各个节点的位移和应力；具体包括如下步骤：

电缆金具瞬态动力学分析的控制方程为：

式中Δt为步长；δ为计算参数；u_t+Δt为下一时刻电缆金具系统节点位移向量；F_t+Δt为下一时刻作用在电缆上的节点电磁力载荷向量；u_t为本时刻电缆金具系统节点位移向量；为本时刻电缆金具系统节点速度向量；/>为本时刻电缆金具系统节点加速度向量；

重复迭代计算过程，从而确定给定时间t内的电缆金具各节点上的位移和应力；

结果输出的步骤；

S3.根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电缆及电缆支架金具的建模；具体包括如下步骤：

电缆支架模型的建立：

电缆模型的建立：

本发明以220kV电缆线路为例，电缆由内到外分别为导体、内半导电包带、导体屏蔽层、XLPE绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水带、皱纹铝护套、PVC外护套，电缆结构如图2所示；

为了简化模型，假设电力电缆缆芯为一条加载源电流的通电导线；不考虑空间电荷和位移电流的影响；认为媒质的磁导率都是线性；以及忽略谐波的影响由于导体与铝护套之间的材料都为非金属，电导率和相对磁导率都很小，对电磁和磁场的计算影响不大；为减小仿真计算量，对电缆结构进行一定的简化；在建立电缆模型时将导体与铝护套之间均视为绝缘层对电缆模型进行简化；简化后的电缆，从内到外依次为导体、绝缘层、铝护套和外护套；简化后电缆结构如图3所示；

电缆支架金具模型的建立：

由于电缆支架金具的几何模型较为复杂，有限元软件的几何建模能力有限；在solidworks上完成电缆支架金具的几何建模，然后再导入有限元计算软件进行计算；电缆支架金具的几何模型如图4所示；

电缆长度的确定：

电缆金具随电缆支架配套出现，工程中一般每隔约4m安装一副电缆支架，支架上安装三相共三个固定金具，一副支架左右电缆长度约为4m，总长度约为8m；电缆的长度会影响电缆支架周围的交变磁场，由于电动力的成因是导体在交变磁场中受到安培力的作用，因此，电缆的长度会对短路时固定金具受到的短路电动力的大小产生影响；进行初步仿真计算，求出电缆长度随短路电动力的变化关系，取膝点来确定电缆的长度；

S4.根据步骤S2的分析结果和步骤S3的建模数据，计算电缆支架金具的应力分布；具体包括如下步骤：

重复上述步骤进行迭代，从而得到最终的电缆支架金具的应力分布数据；

S5.根据步骤S4得到的电缆支架金具的应力分布，确定电缆支架金具各部分的厚度，完成电缆支架金具的厚度设计；具体包括如下步骤：

计算得到极限短路电流：要计算可能出现的最大短路电动力，就必须先计算可能出现的极限短路电流，根据电缆的电压等级以及电缆的截面积载流量的不同，确定短路时可能出现的最大电压以及线路参数，然后计算系统发生最严重短路即三相短路时所出现的最大短路电流；

当电缆线路发生三相对称短路，每相短路电流中包含周期不衰减的交流分量和非周期分逐渐衰减的直流分量；直流分量起始值的大小影响着短路电流的最大值，进而会影响短路电动力的最大值；三相短路故障t＝0时刻电源电压、短路前电流和短路电流交流分量的向量图如图5所示；

在实际输电线路中，短路回路中已无受电负荷的等值电阻，而输电线路的等值电阻要远小于等值感抗值，因此近似地认为φ＝90°；

设定短路前系统处于空载，且短路发生时电源电动势恰好过零，此时的直流分量起始值最大，并将该时刻的电流值作为短路电流幅值；将此时的短路电流再乘以安全系数(比如1.2)，得到最终的极限短路电流；

考虑到短路时在电动力的作用下电缆绝大多数情况下会冲击金具上半部分(卡扣)，且由于金具下半部分(底座)固定在支架上较厚，不存在断裂问题；因此只设计金具上半部分即卡扣的厚度；由于卡扣的外形对称，且卡扣的中间部分所受应力最大，故将卡扣分为中间区域和边缘区域，根据仿真数据积累，卡扣的20°-160°区域内所受应力明显大于其余区域，因此将此区域划分为中间区域，其余区域为边缘区域。具体示意图如6所示；针对电缆支架金具，仅设计卡扣部分的厚度；设定卡扣的20°～160°区域为中间区域，剩余区域为边缘区域；

划分区域后，确定各个区域的材料厚度：

首先根据材料的断裂应力确定材料的目标应力；将材料的断裂应力乘以设定倍数(优选为0.65)，作为目标应力；考虑实际情况，应力处于区间0.9-1.1倍目标应力都视为等于目标应力；

以下结合一个具体实施例，对本发明方法进行进一步说明：

本实施例以220kV输电电缆线路电缆支架，以典型YJLW02-127/220kV型电缆为例。

物理模型的建立：

电缆支架模型的建立：

某220kV电缆线路钢支架结构尺寸如图7所示。基于支架实际尺寸，在Solidworks中建立支架模型如图8所示。

电缆模型的建立：

YJLW02-127/220kV型电缆电缆参数见表1：

表1 电力电缆参数示意表

电缆型号	YJLW02-127/220kV
		导体直径/mm	60.0
内半导电包带厚度/mm	0.4
		导体屏蔽层厚度/mm	1.8
XLPE绝缘厚度/mm	24.0
		绝缘屏蔽层厚度/mm	1.0
半导电阻水带厚度/mm	10.0
		皱纹铝护套厚度/mm	2.8
阻燃PVC外护套厚度/mm	5.0
		电缆外径/mm	150.0

为减小仿真计算量，将导体与铝护套之间均视为绝缘层。简化后电缆由内到外为导体、绝缘层、铝护套和外护套。基于电缆结构参数，建立电缆结构模型如图9所示。

电缆金具模型的建立：

电缆金具的建模以JB-160型铝合金为基础，其断裂应力为145Mpa由于电缆金具的几何模型较为复杂，因此先在solidworks中对其进行1：1建模，然后导入有限元分析软件进行计算。

JB-160型电缆金具的几何参数见表2：

表2金具几何参数示意表

电缆长度的确定：

将电缆支架、电缆、固定金具按照实际情况组装，即可得到短路电动力计算初步模型，如图10所示；

给电缆通入最大值为100kA的交流电10ms，改变电缆的长度，得到电缆所受电动力随电缆长度变化规律如图11所示：

由图11可知，当电缆长度小于4m时，电缆长度对电缆所受电动力的影响较大，但电缆长度大于4m时，电缆长度对电缆所受电动力的影响很小。因此，为减小仿真计算量，确定仿真计算模型中电缆的长度为4m。

基于电磁-结构耦合的电缆金具应力分布有限元计算：

电缆采用竖直敷设方式，从上到下分别为A相、B相、C相，计算得出三相短路时的电流波形如图12所示：

将短路电流分别通入A、B、C三相，可求出在发生三相短路时的磁场分布；

电缆在强磁场的作用下产生巨大的短路电动力并且作用在电缆支架金具上，通过电磁-结构耦合，计算出电缆三相所受到的短路电动力如图13所示；

确定卡扣各区域最佳壁厚：

金具使用的ZL102型铝合金断裂应力大小为1.45×10⁹N/m²，其目标应力大小为8.5×10⁸N/m²～1.04×10⁹N/m²，金具的初始壁厚为80mm。

确定中间区域厚度：

通过电磁-结构耦合，可以得到在电缆发生三相短路时金具的应力分布如图14所示：

由图14可知，中间区域壁的最大应力大小为1.64×10⁸N/m²远小于目标应力，因此可以适当减小其厚度以节省材料，通过不断减少厚度重复仿真，可得在壁厚为50mm时，其应力分布如图15所示；

由图15可知，不断减少材料厚度，应力随之增大，当材料厚度减少至50mm时，金具上的应力分布达到目标应力，此时的材料厚度为中间区域最佳材料厚度，最佳厚度(50mm)相较于常规厚度(80mm)减少了37.5％。

确定边缘区域壁厚：

在材料厚度为80mm时，通过电磁-结构耦合，计算出金具的应力分布如图16所示；

由仿真可知，其在边缘区域的最大应力为8.58×10⁷N/m²远小于目标应力，因此可以适当减小其厚度以节省材料，通过不断减少厚度重复仿真，可得在壁厚为33mm时，其应力分布如图17所示；

由图17中数据可知，此时边缘区域最大应力为8.22×10⁸N/m²处于目标应力区间，此时的材料厚度为边缘区域的最佳材料厚度。最佳材料厚度(33mm)相较于常规材料厚度(80mm)厚度减少了58.75％。

最终外形设计：

按照上述最佳材料厚度设计外形：20°-160°区域的材料厚度设置为50mm，0°-10°和170°-180°区域材料厚度设置为33mm，20°-10°与160°-170°区域为过渡区域，其厚度由50mm向33mm均匀减小。

如图18所示为本发明系统的系统功能模块示意图：本发明公开的这种实现所述电缆支架金具的不均匀厚度设计方法的系统，具体包括数据获取模块、瞬态分析模块、结构建模模块、应力分布计算模块和厚度设计模块；数据获取模块、瞬态分析模块、结构建模模块、应力分布计算模块和厚度设计模块依次串接；数据获取模块用于获取输电线路的运行数据信息，并将数据上传瞬态分析模块；瞬态分析模块用于根据接收到的数据，进行电磁-结构瞬态分析，并将数据上传结构建模模块；结构建模模块用于根据接收到的数据，进行电缆及电缆支架金具的建模，并将数据上传应力分布计算模块；应力分布计算模块用于根据接收到的数据，计算电缆支架金具的应力分布，并将数据上传厚度设计模块；厚度设计模块用于根据接收到的数据，确定电缆支架金具各部分的厚度，完成电缆支架金具的厚度设计。

Claims

1.一种电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，包括如下步骤：

S1. 获取输电线路的运行数据信息；

S2. 根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电磁-结构瞬态分析；

S3. 根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电缆及电缆支架金具的建模；

S4. 根据步骤S2的分析结果和步骤S3的建模数据，计算电缆支架金具的应力分布；具体包括如下步骤：

S5. 根据步骤S4得到的电缆支架金具的应力分布，确定电缆支架金具各部分的厚度，完成电缆支架金具的厚度设计；具体包括如下步骤：

针对电缆支架金具，仅设计卡扣部分的厚度；设定卡扣的区域为中间区域，剩余区域为边缘区域；

划分区域后，确定各个区域的材料厚度：

将计算得到的极限短路电流流入电缆导体模型中，通过电磁-结构耦合计算得到金具具体的应力分布，再观察需要确定材料厚度的最大应力值：若最大应力值小于目标应力，则表示材料过厚，需要减少材料厚度；若最大应力值大于目标应力，则表示材料过薄，需要增加材料厚度；不断调整材料厚度并进行重复性的迭代计算，使得计算结果表明目标区域的最大应力等于目标应力，此时的材料厚度为该区域的最佳厚度；重复本步骤的过程，直至得到所有区域的最佳材料厚度；

2.根据权利要求1所述的电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，其特征在于步骤S2所述的根据步骤S1获取的运行数据信息，进行电磁-结构瞬态分析，具体包括如下步骤：

结果输出的步骤。

3.根据权利要求2所述的电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，其特征在于所述的短路电流计算的步骤，具体包括如下步骤：

确定三相短路时产生的短路电流最严重；

设定系统为无限大容量系统，当电缆三相母线发生对称短路时，三相短路电路为：式中/>为A相电流；/>为B相电流；/>为C相电流；/>为相电压幅值；Z为每相回路的等效阻抗；/>为电源角频率；/>为初相位角；/>为短路阻抗角且/>；/>为时间常数。

4.根据权利要求3所述的电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，其特征在于所述的短路过程电磁分析的步骤，具体包括如下步骤：

采用磁矢量位A作为辅助变量，则Maxwell方程组表示为：式中/>为哈密顿算子；H为磁场强度；J为电流密度；E为电场强度；B为磁感应强度；

将A的表达式代入到安培环路方程，得到电磁场控制方程为：式中/>为磁导率；

采用库伦规范作为定解条件，则电磁场控制方程表示为泊松方程形式，为；

采用磁场势函数计算得到磁场储能，表达式为：式中W为磁场储能；n为积分区域个数；e为计数器；Oc为每一积分区域；A为磁场势函数；/>为积分域；

采用虚功法，基于W的计算式，得到电缆所受的瞬时电磁力为：式中F为电缆所受的瞬时电磁力；s为电动力方向路程；V为积分空间；H为磁场强度。

5.根据权利要求4所述的电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，其特征在于所述的短路过程结构瞬态动力学分析的步骤，具体包括如下步骤：

电缆金具瞬态动力学分析的控制方程为：式中M为电缆金具系统的质量矩阵；C为电缆金具系统的阻尼矩阵；K为电缆金具系统刚度矩阵；/>为电缆金具系统节点加速度向量；/>为电缆金具系统节点速度向量；u为电缆金具系统节点位移向量；/>为作用在电缆上的节点电磁力载荷向量；

引入和/>作为按积分精度和稳定性要求的计算参数，采用 Newmark 方法对电缆金具瞬态动力学分析的控制方程进行离散，得到求解电缆金具瞬态动力学分析的控制方程的递推公式为：/>式中/>为步长；/>为计算参数；/>为下一时刻电缆金具系统节点位移向量；/>为下一时刻作用在电缆上的节点电磁力载荷向量；/>为本时刻电缆金具系统节点位移向量；为本时刻电缆金具系统节点速度向量；/>为本时刻电缆金具系统节点加速度向量；

6.根据权利要求5所述的电缆支架金具的不均匀厚度设计方法，其特征在于步骤S3所述的进行电缆及电缆支架金具的建模，具体包括如下步骤：

电缆支架模型的建立：

电缆模型的建立：

电缆支架金具模型的建立：

电缆长度的确定：

7.一种实现权利要求1~6之一所述的电缆支架金具的不均匀厚度设计方法的系统，其特征在于具体包括数据获取模块、瞬态分析模块、结构建模模块、应力分布计算模块和厚度设计模块；数据获取模块、瞬态分析模块、结构建模模块、应力分布计算模块和厚度设计模块依次串接；数据获取模块用于获取输电线路的运行数据信息，并将数据上传瞬态分析模块；瞬态分析模块用于根据接收到的数据，进行电磁-结构瞬态分析，并将数据上传结构建模模块；结构建模模块用于根据接收到的数据，进行电缆及电缆支架金具的建模，并将数据上传应力分布计算模块；应力分布计算模块用于根据接收到的数据，计算电缆支架金具的应力分布，并将数据上传厚度设计模块；厚度设计模块用于根据接收到的数据，确定电缆支架金具各部分的厚度，完成电缆支架金具的厚度设计。