本發(fā)明涉及電纜接頭技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電纜接頭絕緣狀態(tài)評估方法。

背景技術(shù)：

目前，高壓交聯(lián)聚乙烯電力電纜接頭在制作，敷設(shè)以及運行過程中難免會產(chǎn)生氣隙、雜質(zhì)、凸起毛刺等缺陷，而這些缺陷在運行過程中會造成局部電場集中，形成的局部高場強區(qū)域，在電場強度高的區(qū)域發(fā)生了空間電荷的注入現(xiàn)象，使得絕緣老化最終形成了微小的充滿氣體的放電微孔或者通道，而在微孔或者通道中局部放電的引發(fā)的一系列化學(xué)與物理反映使得周圍的絕緣材料不斷降解，擴大了放電通道，并且局部放電產(chǎn)生的空間電荷加強了局部的場強，使得內(nèi)部氣隙逐漸擴大，最終將導(dǎo)致絕緣層的完全擊穿形成貫穿整個絕緣層的放電通道，造成電纜接頭發(fā)生爆炸等嚴(yán)重事故，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行造成威脅。

為了在運行過程中掌握電纜絕緣的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)樹枝化現(xiàn)象以避免事故的發(fā)生，有必要對交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣層中局部放電過程進行深入分析同時尋找到表征電纜接頭絕緣材料裂化磚頭的物理參量，為電纜接頭絕緣狀態(tài)的評估提供理論參考。然而現(xiàn)有技術(shù)中沒有對電纜接頭絕緣狀態(tài)評估方法，無法獲取電纜接頭絕緣狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電纜接頭絕緣狀態(tài)評估方法，以實現(xiàn)獲取電纜接頭絕緣狀態(tài)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電纜接頭絕緣狀態(tài)評估方法，該方法包括：

建立電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙缺陷放電的控制方程；

分析電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙放電過程中的微觀粒子化學(xué)反應(yīng)；

依據(jù)所述控制方程和微觀粒子化學(xué)反應(yīng)建立電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型；

對電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型進行求解，評估電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述建立電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙缺陷放電的控制方程之前，還包括：

建立電纜接頭氣隙放電物理模型。

優(yōu)選的，所述控制方程包括：泊松方程、拉普拉斯方程、電子運輸方程、電子能量運輸方程和重離子運輸方程。

優(yōu)選的，所述建立電纜接頭氣隙放電物理模型，包括：

根據(jù)電纜接頭內(nèi)部氣隙放電微通道直徑特征為毫米級，將電纜接頭內(nèi)部絕緣缺陷簡化為一維線性模型。

優(yōu)選的，所述評估電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)，包括：

依據(jù)電纜接頭在不同氣隙長度下的放電情況，統(tǒng)計在每個工頻周期內(nèi)的正半周放電脈沖次數(shù)N1和負半周放電脈沖次數(shù)N2；

將單個工頻周期內(nèi)的總放電脈沖次數(shù)N進行記錄；N＝N1+N2；

繪制得到單個工頻周期內(nèi)總放電脈沖次數(shù)N隨氣隙長度變化的曲線，分析放電特征，計算評估得到電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述對電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型進行求解，包括：

依據(jù)等離子體化學(xué)模型中方程特點，給出求解方程相應(yīng)的邊界條件，包括二次電子發(fā)射邊界、表面電荷積累邊界、以及外部施加電壓與接地邊界，利用邊界條件對等離子體化學(xué)模型進行求解。

優(yōu)選的，所述分析電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙放電過程中的微觀粒子化學(xué)反應(yīng)之后，還包括：建立微觀粒子化學(xué)反應(yīng)方程。

本發(fā)明所提供的一種電纜接頭絕緣狀態(tài)評估方法，建立電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙缺陷放電的控制方程；分析電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙放電過程中的微觀粒子化學(xué)反應(yīng)；依據(jù)所述控制方程和微觀粒子化學(xué)反應(yīng) 建立電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型；對電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型進行求解，評估電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)?？梢姡摲椒ㄍㄟ^電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙缺陷放電的控制方程和微觀粒子化學(xué)反應(yīng)來建立電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型，即通過分析電纜接頭在發(fā)生放電時等離子體下的多種微觀粒子化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)需要的能量，建立起基于等離子體化學(xué)模型，再通過對模型的求解，評估得到電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)，實現(xiàn)獲取電纜接頭絕緣狀態(tài)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供的一種電纜接頭絕緣狀態(tài)評估方法的流程圖；

圖2為電纜接頭絕緣狀態(tài)評估方法具體流程圖。

圖3為不同缺陷長度下的單個周期中總放電脈沖次數(shù)。

具體實施方式

本發(fā)明的核心是提供一種電纜接頭絕緣狀態(tài)評估方法，以實現(xiàn)獲取電纜接頭絕緣狀態(tài)。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供的一種電纜接頭絕緣狀態(tài)評估 方法的流程圖，該方法包括：

S11：建立電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙缺陷放電的控制方程；

S12：分析電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙放電過程中的微觀粒子化學(xué)反應(yīng)；

S13：依據(jù)控制方程和微觀粒子化學(xué)反應(yīng)建立電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型；

S14：對電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型進行求解，評估電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)。

可見，該方法通過電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙缺陷放電的控制方程和微觀粒子化學(xué)反應(yīng)來建立電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型，即通過分析電纜接頭在發(fā)生放電時等離子體下的多種微觀粒子化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)需要的能量，建立起基于等離子體化學(xué)模型，再通過對模型的求解，評估得到電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)，實現(xiàn)獲取電纜接頭絕緣狀態(tài)。

基于上述方法，具體的，建立電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙缺陷放電的控制方程之前，還包括：建立電纜接頭氣隙放電物理模型。建立電纜接頭氣隙放電物理模型的過程為：根據(jù)電纜接頭內(nèi)部氣隙放電微通道直徑特征為毫米級，將電纜接頭內(nèi)部絕緣缺陷簡化為一維線性模型。

其中，控制方程包括：泊松方程、拉普拉斯方程、電子運輸方程、電子能量運輸方程和重離子運輸方程。

進一步的，步驟S14中，評估電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)的過程采用以下步驟實現(xiàn)：

S1：依據(jù)電纜接頭在不同氣隙長度下的放電情況，統(tǒng)計在每個工頻周期內(nèi)的正半周放電脈沖次數(shù)N1和負半周放電脈沖次數(shù)N2；

S2：將單個工頻周期內(nèi)的總放電脈沖次數(shù)N進行記錄；N＝N1+N2；

S3：繪制得到單個工頻周期內(nèi)總放電脈沖次數(shù)N隨氣隙長度變化的曲線，分析放電特征，計算評估得到電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)。其中，依據(jù)曲線分析放電特征，計算評估得到電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)。

進一步的，步驟S13中，對電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型進行求解的過程具體為：依據(jù)等離子體化學(xué)模型中方程特點，給出求解 方程相應(yīng)的邊界條件，包括二次電子發(fā)射邊界、表面電荷積累邊界、以及外部施加電壓與接地邊界，利用邊界條件對等離子體化學(xué)模型進行求解。

進一步的，步驟S12中，分析電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙放電過程中的微觀粒子化學(xué)反應(yīng)之后，還包括：建立微觀粒子化學(xué)反應(yīng)方程。具體的，依據(jù)控制方程和微觀粒子化學(xué)反應(yīng)方程組合成電纜接頭放電的等離子體化學(xué)模型。

本方法通過分析電纜接頭在發(fā)生放電時等離子體下的多種微觀粒子化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)需要的能量，建立起基于等離子體化學(xué)模型。通過對模型的求解，計算不同缺陷長度下的放電脈沖次數(shù)，分別統(tǒng)計正半周放電脈沖次數(shù)N1和負半周放電脈沖次數(shù)N2，并將單個周期內(nèi)的總放電脈沖次數(shù)N(N＝N1+N2)數(shù)據(jù)進行記錄，根據(jù)統(tǒng)計計算的結(jié)果分析放電特征，計算評估得到電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)。

基于上述方法，具體包括以下步驟：

(1)建立電纜接頭氣隙放電物理模型。根據(jù)電纜接頭內(nèi)部氣隙放電微通道直徑特征為毫米級，將電纜接頭內(nèi)部絕緣缺陷簡化為一維線性模型；

(2)建立電力電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙缺陷放電的控制方程。電纜接頭內(nèi)部氣隙放電屬于冷等離子放電，建立起其內(nèi)部的控制方程，包括泊松方程，拉普拉斯方程，電子運輸方程、電子能量運輸方程和重離子運輸方程。

(3)建立電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙放電過程涉及化學(xué)反應(yīng)方程?？紤]電纜接頭內(nèi)部氣隙放電過程主要化學(xué)氣體為空氣，建立e、N2、O2、O、O3、O-、N2+、O2+、O2-、N4+、O4+、N2O2+種粒子中化學(xué)反應(yīng)。

(4)求解電纜接頭放電的等離子化學(xué)模型。依據(jù)建立模型中方程特點，給出求解方程相應(yīng)的邊界條件，包括二次電子發(fā)射邊界，表面電荷積累邊界，以及外部施加電壓與接地邊界。

(5)評估電纜接頭絕緣裂化程度，依據(jù)計算結(jié)果，統(tǒng)計計算不 同缺陷長度下的放電脈沖次數(shù)，評估得到電纜接頭絕緣裂化狀態(tài)。

其中，泊松方程為描述電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙放電時存在電子、正離子和負離子時的空間電場方程。拉普拉斯方程為描述電纜接頭固體絕緣介質(zhì)中不存在空間電荷分布的電場描述方程。電子運輸方程、電子能量運輸方程和重離子運輸方程描述了絕緣內(nèi)部氣隙中電子，重離子運動以及能量輸運過程。化學(xué)反應(yīng)方程描述在電纜接頭內(nèi)部氣隙的放電過程中涉及的主要化學(xué)反應(yīng)過程，該方程中描述了粒子之間相互反應(yīng)速率以及反應(yīng)釋放和吸收能量。

其中，求解方程的邊界條件是指給出電纜接頭放電過程中施加電壓荷接地邊界條件，以及等離子體化學(xué)反應(yīng)中電子電荷守恒的二次電子發(fā)射條件與電荷積累的表面電荷累積邊界條件。

更詳細的，參考圖2，本發(fā)明包括以下步驟：

步驟一，建立電纜接頭氣隙放電物理模型?；谀壳把芯康玫诫娎|接頭內(nèi)部氣隙尺寸在微米級，對比電纜接頭尺寸，忽略電纜接頭絕緣材料氣隙發(fā)展過程中分形特征，建立用一維線模型。

步驟二，建立電力電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙缺陷放電的控制方程。根據(jù)電纜接頭接頭絕緣內(nèi)部氣隙缺陷放電過程中，氣體被電離，將產(chǎn)生電子、正離子和負離子。建立描述空間電場分布泊松方程：

式中，為電勢；ε₀和ε_r分別為真空介電常數(shù)和相對介電常數(shù)；ρ為電荷密度；n_p、n_n和n_e分別為正離子數(shù)密度、負離子數(shù)密度和電子數(shù)密度；E為電場。

考慮電纜接頭固體絕緣介質(zhì)中不存在空間電荷，其方程簡化為拉普拉斯方程形式：

基于電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙放電通道的形成和發(fā)展過程中涉及粒子的產(chǎn)生、消失以及運動，采用電子運輸方程、電子能量運輸方程和重離子運輸方程進行描述：

1、電子運輸方程如下：

式中，n_e為電子數(shù)密度；t為時間；為電子通量；Re為電子產(chǎn)生和消失的反應(yīng)源項；De為電子的擴散系數(shù)；μe為電子在電場中的遷移率；φ為空間電位；M為電子產(chǎn)生或消失的化學(xué)反應(yīng)類型數(shù)量；x_j為化學(xué)反應(yīng)j中目標(biāo)產(chǎn)物的摩爾分?jǐn)?shù)；k_j為化學(xué)反應(yīng)j的反應(yīng)速率系數(shù)；Nn為中性粒子的總密度。

2、電子能量運輸方程如下：

式中，n_ε為電子能量密度；t為時間；Γ_ε為電子能量通量；E為空間電場；R_ε為電子碰撞引起的能量損失源項；D_ε為電子能量擴散系數(shù)；μ_ε為電子能量遷移率；P為電子非彈性碰撞的化學(xué)反應(yīng)數(shù)量；Δε_j為化學(xué)反應(yīng)j的能量損失。

3、重粒子運輸方程如下：

式中，ρ為氣體密度；w_k為第k種粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；u為質(zhì)量平均的流體速度向量；j_k為第k種粒子的擴散質(zhì)量通量向量；R_k為第k種粒子的反應(yīng)源項。

步驟三，建立電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙放電過程涉及化學(xué)反應(yīng)方程?？紤]電纜接頭發(fā)生局部放電時電纜接頭內(nèi)部氣隙中氣體類型及其結(jié)合化學(xué)反應(yīng)的類型，建立e、N₂、O₂、O、O₃、O-、N₂⁺、O₂⁺、O₂^-、N₄⁺、O₄⁺、N₂O₂⁺種粒子中化學(xué)反應(yīng)。

步驟四，求解電纜接頭放電的等離子化學(xué)模型。依據(jù)建立模型中方程特點，給出求解方程相應(yīng)的邊界條件，包括二次電子發(fā)射邊界，表面電荷積累邊界，以及外部施加電壓與接地邊界。

步驟五，評估電纜接頭絕緣裂化程度。依據(jù)電纜接頭在不同氣隙長度下放電，統(tǒng)計在每個工頻周期下正半周放電脈沖次數(shù)N1和負半周放電脈沖次數(shù)N2，并將單個周期內(nèi)的總放電脈沖次數(shù)N(N＝N1+N2)進行記錄，繪制得到絕緣內(nèi)部氣隙放電單個周期內(nèi)總放電脈沖次數(shù)N隨氣隙長度變化的曲線如圖3所示。

其中，依據(jù)圖3，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可以將電纜接頭絕緣內(nèi)部氣隙放電過程分為四個階段：初始階段，氣隙長度小于1mm,放電次數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢；發(fā)展階段氣隙長度在1.1～3mm，單個周期內(nèi)的總放電脈沖次數(shù)曲線呈小幅上升變化趨勢；預(yù)計穿階段1，絕緣氣隙長度在3.1～4.2mm，此階段放電次數(shù)呈現(xiàn)略微下降趨勢，預(yù)計穿階段2，氣隙長度大于4mm.總放電脈沖次數(shù)呈指數(shù)函數(shù)迅速增大。

以上對本發(fā)明所提供的一種電纜接頭絕緣狀態(tài)評估方法進行了詳細介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。