CN116738784A - 电缆附件老化过程压力分析方法、装置、存储介质及设备 - Google Patents

电缆附件老化过程压力分析方法、装置、存储介质及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电缆附件老化过程压力分析方法、装置、存储介质及设备。其中,该方法包括:获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型;基于上述电缆附件几何模型和上述物理场仿真模型构建目标仿真模型;将实验参数输入上述目标仿真模型,确定上述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,上述实验参数包括:基于上述电缆材质信息确定的力学参数和基于上述运行环境信息确定的物理场环境参数。本发明解决了现有的电缆附件老化过程压力分析方法实用性较差,准确性较低的技术问题。

Description

电缆附件老化过程压力分析方法、装置、存储介质及设备
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域,具体而言,涉及一种电缆附件老化过程压力分析方法、装置、存储介质及设备。
背景技术
长距离输电线路由多段电缆组成,电缆各段之间的联接部分称为电缆接头,由电缆附件和电缆本体构成。而电缆附件与电缆本体相配合处的界面压力值直接影响着电缆接头的安全性,进而影响电路系统的稳定性。电缆本体与电缆附件间的复合界面和电场应力集中现象,使得电缆附件成为电力输电系统的最薄弱环节和运行故障的典型部位。电缆本体与电缆附件的界面压强大小在一定程度上决定了界面电气强度的高低。
现有针对电缆附件界面压力的研究方法大多采用对电附件硅橡胶直接进行仿真的方法,对于充分贴合实际的老化过程中的界面压力变化研究尚不明确。
针对上述的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种电缆附件老化过程压力分析方法、装置、存储介质及设备,以至少解决现有的电缆附件老化过程压力分析方法实用性较差,准确性较低的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面,提供了一种电缆附件老化过程压力分析方法,包括:获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型;基于上述电缆附件几何模型和上述物理场仿真模型构建目标仿真模型;将实验参数输入上述目标仿真模型,确定上述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,上述实验参数包括:基于上述电缆材质信息确定的力学参数和基于上述运行环境信息确定的物理场环境参数。
可选的,上述获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息,包括:获取目标区域的电缆附件材料;对上述电缆附件材料进行解体处理,确定上述电缆材质信息。
可选的,上述基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,包括:基于上述电缆材质信息,确定电缆结构参数,其中,上述电缆结构参数包括:内部结构参数和外部结构参数;基于上述电缆结构参数构建上述电缆附件几何模型。
可选的,上述基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型,包括:基于上述运行环境信息,确定物理场类型;基于上述物理场类型和上述物理场类型对应的预设计算式,确定边界条件;基于上述边界条件建立上述物理场仿真模型。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种电缆附件老化过程压力分析装置,包括:获取模块,用于获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;第一构建模块,用于基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型;第二构建模块,用于基于上述电缆附件几何模型和上述物理场仿真模型构建目标仿真模型;处理模块,用于将实验参数输入上述目标仿真模型,确定上述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,上述实验参数包括:基于上述电缆材质信息确定的力学参数和基于上述运行环境信息确定的物理场环境参数。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种非易失性存储介质,上述非易失性存储介质存储有多条指令,上述指令适于由处理器加载并执行任意一项上述的电缆附件老化过程压力分析方法。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种处理器,上述处理器用于运行程序,其中,上述程序被设置为运行时执行任意一项上述的电缆附件老化过程压力分析方法。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种电子设备,包括存储器和处理器,上述存储器中存储有计算机程序,上述处理器被设置为运行上述计算机程序以执行任意一项上述的电缆附件老化过程压力分析方法。
在本发明实施例中,通过获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型;基于上述电缆附件几何模型和上述物理场仿真模型构建目标仿真模型;将实验参数输入上述目标仿真模型,确定上述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,上述实验参数包括:基于上述电缆材质信息确定的力学参数和基于上述运行环境信息确定的物理场环境参数,达到了利用仿真模型结合电缆附件硅橡胶在热机械老化过程中的力学性能变化的目的,从而实现了更为贴合实际的分析电缆附件老化过程中应力变化的技术效果,进而解决了现有的电缆附件老化过程压力分析方法实用性较差,准确性较低的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施例的电缆附件老化过程压力分析方法流程图;
图2是根据本发明实施例的一种可选的结合有限元的压力分析方法流程图;
图3是根据本发明实施例的一种可选的力学性能随老化过程的弹性模量性能变化示意图;
图4是根据本发明实施例的一种可选的力学性能随老化过程的蠕变量性能变化示意图;
图5是根据本发明实施例的一种电缆附件老化过程压力分析装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
针对目前界面压力测试存在着测量方法复杂、精度低等问题,应用有限元分析软件计算是评估电缆本体与电缆附件之间界面压强的方法之一。有限元方法的基本思想是用许多规则形状的连续子域来近似代表整个求解域,这些子域称为“网格单元”。在这些单元顶点处,物理量都精确满足原控制方程,而在单元内部任一点处的物理量,则是依据单元点处的值使用插值法求得。故原控制方程的连续性、可导性要求都被弱化,这就是有限元“弱形式”的基本思想。基于数学模型表示的物理定律构成了有限元分析软件的基础。对于有限元分析来说,这些定律包括各项守恒定律、经典力学定律和电磁学定律。
根据本发明实施例,提供了一种电缆附件老化过程压力分析方法的实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的电缆附件老化过程压力分析方法流程图,如图1所示,该方法包括如下步骤:
步骤S102,获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;
步骤S104,基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型;
步骤S106,基于上述电缆附件几何模型和上述物理场仿真模型构建目标仿真模型;
步骤S108,将实验参数输入上述目标仿真模型,确定上述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,上述实验参数包括:基于上述电缆材质信息确定的力学参数和基于上述运行环境信息确定的物理场环境参数。
在本发明实施例中,上述步骤S102至S108中提供的电缆附件老化过程压力分析方法的执行主体为电缆附件老化过程压力分析系统,采用上述系统获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型;基于上述电缆附件几何模型和上述物理场仿真模型构建目标仿真模型;将实验参数输入上述目标仿真模型,确定上述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,上述实验参数包括:基于上述电缆材质信息确定的力学参数和基于上述运行环境信息确定的物理场环境参数。
作为一种可选的实施例,如图2所示的结合有限元的压力分析方法流程图,对老化过程中的电缆附件硅橡胶材料的力学参数变化进行分析,同时对老化实验结合有限元模型的分的分析结果进行可视化处理。根据老化过程中的弹模量和蠕变量的变化,做出如图3所示的力学性能随老化过程的弹性模量性能变化示意图,以及如图4所示的力学性能随老化过程的蠕变量性能变化示意图,并结合有限元分析结果,绘制界面压力分布情况的变化图像,增强特定结果参数的视觉效果,便于后续的分析和对比,得到充分可视化的界面压力有限元分析结果。
通过本发明实施例,基于电缆附件的热机械运行环境进行了热机械老化实验,与仿真模型相结合,提供了电缆中间接头的仿真模型建立,求解以及分析的方法,利用正确有效的手段获得仿真模型,并利用该仿真模型结合电缆附件硅橡胶在热机械老化过程中的力学性能变化,得到更为贴合实际的老化过程中应力场分析结果,以此指导电缆中间接头的设计及运行过程,缩短实践检验所需的时间。
在一种可选的实施例中,上述获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息,包括:获取目标区域的电缆附件材料;对上述电缆附件材料进行解体处理,确定上述电缆材质信息。
作为一种可选的实施例,对电缆附件进行解体获得块状硅橡胶材料,之后再利用切片机对块状材料进行切片,获得硅橡胶片状试样。具体用于实验的硅橡胶的尺寸为50mm*20mm*2mm。由于导体的电流发热现象,电缆附件实际运行环境的温度较高,为了保证电缆附件能够紧密包裹住电缆本体和交联聚乙烯主绝缘,会对电缆附件进行预扩张,因此电缆附件处于一种高温条件下的特定拉伸状态的运行工况。同时为进行附件硅橡胶材料的加速老化,选取实验温度高于实际运行温度。即进行电缆附件硅橡胶材料的热-机械联合老化实验。
在一种可选的实施例中,上述基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,包括:基于上述电缆材质信息,确定电缆结构参数,其中,上述电缆结构参数包括:内部结构参数和外部结构参数;基于上述电缆结构参数构建上述电缆附件几何模型。
作为一种可选的实施例,对老化过程中的电缆附件的材料参数变化进行测定,以便结合有限元模型进行老化过程中的界面压力分析。测试主要包括对界面压力有较大影响的弹性模量和蠕变量参数。对弹性模量而言,通过拉伸测试进行测定,对于蠕变量而言,主要是通过对比老化和未老化的硅橡胶试样,在试样不受力且充分松弛的情况下的永久应变量的变化进行测定。
可选的,对实际退运220kV电缆中间接头进行解体操作,得到电缆附件以及相应本体的几何数据。重点参数如下:导体半径25mm,主绝缘厚度20mm,连接金具厚度20mm,连接金具长度200mm,高压屏蔽管厚度30mm,高压屏蔽管长度260mm。
在一种可选的实施例中,上述基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型,包括:基于上述运行环境信息,确定物理场类型;基于上述物理场类型和上述物理场类型对应的预设计算式,确定边界条件;基于上述边界条件建立上述物理场仿真模型。
作为一种可选的实施例,根据电缆中间接头的几何结构为中心对称分布和轴对称分布,在不考虑局部缺陷的情况下,相应的后续物理场的分布也是一种中心对称的,故可用二维模型旋转得到三维物理场相关参数分布。因而在几何模型的构建中选取二维模型即可。
需要说明的是,对解体电缆中间接头的侧面进行几何模型的建立,可以发现其主要由矩形和圆弧构成。
作为一种可选的实施例,对实际电缆中间接头进行取样,得到电缆附件的主绝缘材料为硅橡胶,电缆本体主绝缘为交联聚乙烯。建立电缆附件中间接头材料数据库,主要包含电缆本体导体铜以及主绝缘交联聚乙烯,电缆附件主绝缘硅橡胶,连接金具等材料的基本电学热学力学属性,并将对应的几何域内填充相应的材料。分析得到电缆中间接头所处的物理场为电磁场,热学场和固体力学场,依据相应物理场的本构方程以及电缆中间接头实际的运行工况。
在本申请实施例中,导体实际运行电流为400A,环境温度为隧道环境温度,取25℃,设定导体为高电位且为热源,设定低压应力锥为地电位,在橡胶材料间设定相应的传热系数,对交联聚乙烯和硅橡胶界面设定初始位移,模拟电缆附件的安装过程中的过盈量变化。同时,把各个物理场之间的联系和相互影响纳入考虑,即建立多物理场耦合有限元分析模型,对该模型的耦合方式进行相应的设定,使有限元模型的分析的计算结果能够充分贴合实际,相应的界面压力参数在多物理场耦合的基础上得出。将老化过程中的电缆附件硅橡胶材料的力学参数变化情况代入仿真模型中。具体而言主要是将电缆附件硅橡胶材料的弹性模量和蠕变量的变化代入到有限元模型中,对不同老化条件下的界面压力进行有限元分析计算。
通过上述步骤,可以实现对老化过程中的电缆附件硅橡胶材料的力学参数变化进行分析,同时对老化实验结合有限元模型的分的分析结果进行可视化处理。并结合有限元分析结果,绘制界面压力分布情况的变化图像,增强特定结果参数的视觉效果,便于后续的分析和对比,得到充分可视化的界面压力有限元分析结果。
实施例2
根据本发明实施例,还提供了一种用于实施上述电缆附件老化过程压力分析方法的装置实施例,图5是根据本发明实施例的一种电缆附件老化过程压力分析装置的结构示意图,如图5所示,上述装置包括:获取模块50、第一构建模块52、第二构建模块54和处理模块56,其中:
获取模块50,用于获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;
第一构建模块52,用于基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型;
第二构建模块54,用于基于上述电缆附件几何模型和上述物理场仿真模型构建目标仿真模型;
处理模块56,用于将实验参数输入上述目标仿真模型,确定上述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,上述实验参数包括:基于上述电缆材质信息确定的力学参数和基于上述运行环境信息确定的物理场环境参数。
此处需要说明的是,上述获取模块50、第一构建模块52、第二构建模块54和处理模块56对应于实施例1中的步骤S102至步骤S108,四个模块与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同,但不限于上述实施例1所公开的内容。
需要说明的是,本实施例的优选实施方式可以参见实施例1中的相关描述,此处不再赘述。
根据本发明的实施例,还提供了一种计算机可读存储介质的实施例。可选的,在本实施例中,上述计算机可读存储介质可以用于保存上述实施例1所提供的电缆附件老化过程压力分析方法所执行的程序代码。
可选的,在本实施例中,上述计算机可读存储介质可以位于计算机网络中计算机终端群中的任意一个计算机终端中,或者位于移动终端群中的任意一个移动终端中。
可选的,在本实施例中,计算机可读存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码:获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型;基于上述电缆附件几何模型和上述物理场仿真模型构建目标仿真模型;将实验参数输入上述目标仿真模型,确定上述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,上述实验参数包括:基于上述电缆材质信息确定的力学参数和基于上述运行环境信息确定的物理场环境参数。
可选的,上述计算机可读存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码:获取目标区域的电缆附件材料;对上述电缆附件材料进行解体处理,确定上述电缆材质信息。
可选的,上述计算机可读存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码:基于上述电缆材质信息,确定电缆结构参数,其中,上述电缆结构参数包括:内部结构参数和外部结构参数;基于上述电缆结构参数构建上述电缆附件几何模型。
可选的,上述计算机可读存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码:基于上述运行环境信息,确定物理场类型;基于上述物理场类型和上述物理场类型对应的预设计算式,确定边界条件;基于上述边界条件建立上述物理场仿真模型。
根据本发明的实施例,还提供了一种处理器的实施例。可选的,在本实施例中,上述计算机可读存储介质可以用于保存上述实施例1所提供的电缆附件老化过程压力分析方法所执行的程序代码。
本申请实施例提供了一种电子设备,设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序,处理器执行程序时实现以下步骤:获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型;基于上述电缆附件几何模型和上述物理场仿真模型构建目标仿真模型;将实验参数输入上述目标仿真模型,确定上述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,上述实验参数包括:基于上述电缆材质信息确定的力学参数和基于上述运行环境信息确定的物理场环境参数。
本申请还提供了一种计算机程序产品,当在数据处理设备上执行时,适于执行初始化有如下方法步骤的程序:获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;基于上述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于上述运行环境信息建立物理场仿真模型;基于上述电缆附件几何模型和上述物理场仿真模型构建目标仿真模型;将实验参数输入上述目标仿真模型,确定上述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,上述实验参数包括:基于上述电缆材质信息确定的力学参数和基于上述运行环境信息确定的物理场环境参数。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电缆附件老化过程压力分析方法,其特征在于,包括:
获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;
基于所述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于所述运行环境信息建立物理场仿真模型;
基于所述电缆附件几何模型和所述物理场仿真模型构建目标仿真模型;
将实验参数输入所述目标仿真模型,确定所述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,所述实验参数包括:基于所述电缆材质信息确定的力学参数和基于所述运行环境信息确定的物理场环境参数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息,包括:
获取目标区域的电缆附件材料;
对所述电缆附件材料进行解体处理,确定所述电缆材质信息。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,包括:
基于所述电缆材质信息,确定电缆结构参数,其中,所述电缆结构参数包括:内部结构参数和外部结构参数;
基于所述电缆结构参数构建所述电缆附件几何模型。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述运行环境信息建立物理场仿真模型,包括:
基于所述运行环境信息,确定物理场类型;
基于所述物理场类型和所述物理场类型对应的预设计算式,确定边界条件;
基于所述边界条件建立所述物理场仿真模型。
5.一种电缆附件老化过程压力分析装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取目标区域的电缆附件的电缆材质信息和运行环境信息;
第一构建模块,用于基于所述电缆材质信息建立电缆附件几何模型,以及基于所述运行环境信息建立物理场仿真模型;
第二构建模块,用于基于所述电缆附件几何模型和所述物理场仿真模型构建目标仿真模型;
处理模块,用于将实验参数输入所述目标仿真模型,确定所述电缆附件老化过程的压力分析结果,其中,所述实验参数包括:基于所述电缆材质信息确定的力学参数和基于所述运行环境信息确定的物理场环境参数。
6.一种非易失性存储介质,其特征在于,所述非易失性存储介质存储有多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1至4中任意一项所述的电缆附件老化过程压力分析方法。
7.一种处理器,其特征在于,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序被设置为运行时执行权利要求1至4中任意一项所述的电缆附件老化过程压力分析方法。
8.一种电子设备,包括存储器和处理器,其特征在于,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执行权利要求1至4中任意一项所述的电缆附件老化过程压力分析方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117892561A (zh) * 2024-03-14 2024-04-16 深圳市邦正精密机械有限公司 一种用于psa机的贴合压力实时监测评估方法

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