[发明专利]一种基于微元化物理模型的电缆寿命预测方法

说明书

本发明提供了一种基于微元化物理模型的电缆寿命预测方法，将电缆试样分别在90℃、110℃和130℃下进行热老化实验，在不同老化时间下取样测量其断裂伸长率保留率数值，再将实验所得数据代入建模方程，得到不同的t0和v值，对t₀和v值进行数据拟合，以确定最佳拟合值。对三组不同温度下对应的t₀和v值再进行数据拟合，分别得到t₀和v关于温度的函数关系，回带建模方程，得到断裂伸长保留率关于温度和时间的函数。本发明将失效标准的力学参数断裂伸长率保留率作为时间和温度相关的函数，一方面可以代入断裂伸长率保留率为50％时，求出电缆在额定工作温度下的电缆寿命，一方面也可直观显示绝缘材料性能受温度和老化时间影响的下降趋势。

技术领域

本发明属于电缆检测技术领域，具体涉及一种基于微元化物理模型的电缆寿命预测方法。

背景技术

随着电气设备越来越先进，越来越普遍，电力电缆的使用量也越来越多。电缆线路是城市电网的重要组成部分，随着电缆服役时间和数量的增长，其运行状态以及剩余使用寿命引起了人们的关注。

目前针对电缆的检测方法通常是巡视检查和绝缘电阻检测，采用这些手段可以大致分析电缆的运行状态，但是并不能确定其老化程度和使用寿命等信息。而橡胶绝缘电力电缆在运行中，热老化是导致其老化的关键因素，绝缘材料在受热条件下会发生降解反应，使得电缆绝缘性能逐渐降低。因此，开展电力电缆的热老化寿命分析工作尤为重要，评估电缆寿命,可以为确定电缆最佳检修时机与更换策略提供支持，提高电缆利用率，减少电力运维成本，降低经济损失。也可以预防电缆因绝缘老化失效而导致的安全隐患，保障电力系统的正常运行。

专利文献CN107590314 A公开的一种基于matlab的电缆寿命数据评估方法，本发明基于matlab软件，设定电缆老化的函数符合阿列纽斯曲线，将其对数化，得到不同温度下电缆使用寿命的对数与温度的倒数的线性关系，通过对输入的三组不同温度对应下的试验时间和断裂伸长率保留率数据进行拟合，求出不同温度对应下断裂伸长率保留率为50％时寿命时间，生成三组x,y值，再进行拟合，根据拟合直线得到热寿命与温度值的函数关系。但基于阿列纽斯曲线得出的最终结果只显示了电缆的热寿命与温度值间的函数关系，未建立断裂伸长率保留率与老化时间和温度的函数关系，对受老化时间和温度影响下绝缘材料力学性能的下降趋势并未涉及，不够全面。

专利文献CN 106771891 A公开的一种电热联合老化的交联聚乙烯电缆剩余寿命评价方法中，通过对待评估交联聚乙烯电缆进行差式扫描量热实验，得到热老化化学反应活化能，利用电缆剩余寿命评估公式，结合电缆实际运行工况，计算得出电缆剩余寿命。但该方法无法从理论上建立常规法所具备的绝缘材料老化性能与老化程度之间的关系,并缺少重复性实验对其稳定性进行验证,具有一定的局限性。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明目的在于提供了一种基于微元化物理模型的电缆寿命预测方法，建立一个基于物理的预测模型，将失效标准的力学参数断裂伸长率保留率作为时间和温度相关的函数，更能直观反映老化时间及温度对电缆绝缘材料性能的影响。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

该基于微元化物理模型的电缆寿命预测方法，包括以下步骤：

S1：利用微分法，将电缆试样分成若干个单位立方体块，再将每个单位立方体块分为m个子立方体，m为正整数；

S2：假定在m个子立方体中，n个子立方体被降解，令每个单位立方体中退化部分体积比为V_d,则每个子立方体块边长为d,可表示为d＝(V_d/n)^1/3；令k是沿x、y或z方向上的任意轴线退化的子立方体的数目，可表示为k＝n^1/3；