[发明专利]一种计算电缆接头爆炸产生冲击超压的方法

说明书

本发明公开了一种计算电缆接头爆炸产生冲击超压的方法，包括：步骤1：建立含电弧的电缆单相接地故障的仿真模型，在仿真模型上求得故障短路电弧的功率值；步骤2：建立电缆对应尺寸中间接头的温度场‑流体场‑固体场多物理场耦合模型，并将所求得的故障短路电弧的功率值作为为等效热源的输入源；步骤3：求解温度场‑流体场‑固体场多物理场耦合模型中的温度分布、流速分布与压力分布，得到接头金属保护壳内外的压强差，为接头爆炸产生的冲击超压。本方法可为电缆接头防爆盒的研制与防爆措施的改进提供依据，根据计算出的冲击超压设计防爆，即可避免壳体强度不足，又可避免在制作防爆壳时浪费制作材料与成本。

技术领域

本发明涉及电缆接头故障分析研究技术领域，具体涉及一种计算电缆接头爆炸产生冲击超压的方法。

背景技术

随着国家电能需求的不断增加，电缆线路的运行负荷不断加重，电缆中间接头作为重要的附件，其运行数量也在不断增加。近年来各地区110kV及以上线路电缆接头由于电弧击穿而导致的短路故障频发。其中，隧道电缆由于接头外有较为充足的空气与空间，在形成爆炸或火灾时所产生的冲击力与危害较直埋电缆都更大，不仅会影响自身线路的运行，还会损毁周边线路使得故障危害进一步扩大，同时危害运维人员安全。

为预防高压电缆中间接头爆炸事故，需要对接头结构进行改善，增加产品防爆性能。接头爆炸是由于电弧高温等离子在接头的金属保护壳内燃烧形成密闭空腔，在高温作用下内部腔体的压力急剧上升而形成形成冲击超压。目前，针对电缆接头爆炸产生冲击超压的计算方法较为短缺，市场上主流的防爆产品与防爆措施缺乏足够的理论依据，主要依靠经验手段。例如某厂家通过增强金属保护壳、外保护壳等的壳体强度达到防爆目的，设计的壳体强度可以承受1MPa的冲击压强，但具体的压强数值来源缺乏理论依据。还有一些厂家灌装含有良好灭弧材料的填充胶，通过缩短电弧燃烧时间与减少空气间隙体积达到防爆效果。

针对不同线路，计算出该线路实际运行时可能产生的最大短路能量，进一步地得到接头爆炸可能产生的最大冲击超压，并以此为依据研制防爆保护壳。既可以避免防爆保护壳设计壳体强度不足，又可以防止生产保护壳时的材料浪费、降低成本。符合电网发展中计算高电压的发展趋势。然而现有技术缺乏对高压电缆接头爆炸能量计算。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中缺乏对高压电缆接头爆炸能量计算的问题，提供一种电缆接头爆炸产生冲击超压的计算方法，以为电缆接头防爆盒的研制与防爆措施的改进提供依据，根据计算出的冲击超压设计防爆，即可避免壳体强度不足，又可避免在制作防爆壳时浪费制作材料与成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种计算电缆接头爆炸产生冲击超压的方法，包括：

步骤1：建立含电弧的电缆单相接地故障的仿真模型，在仿真模型上求得故障短路电弧的功率值；

步骤2：建立电缆对应尺寸中间接头的温度场-流体场-固体场多物理场耦合模型，并将所求得的故障短路电弧的功率值作为为等效热源的输入源；

步骤3：求解温度场-流体场-固体场多物理场耦合模型中的温度分布、流速分布与压力分布，得到接头金属保护壳内外的压强差，为接头爆炸产生的冲击超压。

进一步地，所述步骤1包括：

101：建立线路系统，包括出线、支线、变电站、架空线或电缆线路、避雷线；

102：根据不同电压等级、截面与型号的电缆本体与接头，建立电缆本体与电缆接头模型；

103：针对电缆系统的单相接地故障建立电弧模型，建立具有不同适用范围的电弧黑盒模型以分析电弧过程的电阻特性；

104：研究不同出线上的近区短路故障的短路电压、电流、电阻的情况，以及同一条线路上，不同位置单相接地短路的短路电压、电流、电阻的情况；