一种海底电缆载流量和温度场的确定方法

摘要

本发明公开了一种海底电缆载流量和温度场的确定方法，包括如下步骤：（1）确定电缆截面所在二维平面中的土壤感温区域；（2）对土壤感温区域进行有限元网格剖分得到有限元三角形网络，进而对有限元三角形网络中各结点进行编号；（3）根据电缆电流计算有限元三角形网络中每个三角单元的刚度系数和内热系数；（4）根据刚度系数和内热系数，通过有限元总体合成建立温度场模型如下：KT＝P；求解得到温度场T；（5）根据电缆线芯导体的最高工作温度确定温度场T_max并代入温度场模型中作为目标向量，求解得到电缆的载流量。本发明能够灵活地模拟复杂的边界条件和环境参数，相比现有技术更接近电缆实际运行状况，能够得到更准确的结果。

主权项

一种海底电缆载流量和温度场的确定方法，包括如下步骤：(1)确定电缆截面所在二维平面中的土壤感温区域；(2)对所述的土壤感温区域进行有限元网格剖分得到有限元三角形网络，进而对有限元三角形网络中各结点进行编号；对土壤感温区域进行有限元网格剖分的具体方法如下：首先，将电缆从内而外分割成n层同心圆，并确定每层同心圆上的结点：对于第i层同心圆，该同心圆上具有4i个结点，其中第m个结点的方向为度；i为自然数且1≤i≤n，m为自然数且1≤m≤4i，n为偶数；对于第一层同心圆，使该同心圆上的4个结点均与电缆圆心连线，从而使该同心圆被分割成四个三角单元；对于第i层同心圆与第i+1层同心圆之间的区域，使第i+1层同心圆上方向为0°、90°、180°和270°的四个结点分别与第i层同心圆上对应方向的四个结点连线；对于第i+1层同心圆上其他方向的任一结点，使该结点与第i层同心圆上相邻方向的两个结点进行连线；通过上述连线，使得第i层同心圆与第i+1层同心圆之间的区域被分割成8(i+1)‑4个三角单元；然后，以电缆圆心为中心在土壤感温区域内建立一正方形边框，且使电缆包含在该边框内；在该正方形边框上确定4(n+1)个结点，其中第k个结点的方向为度，k为自然数且1≤k≤4(n+1)；对于正方形边框与第n层同心圆之间的区域，使正方形边框上方向为45°、135°、225°和315°的四个结点分别与第n层同心圆上对应方向的四个结点连线；对于正方形边框上其他方向的任一结点，使该结点与第n层同心圆上相邻方向的两个结点进行连线；通过上述连线，使得正方形边框与第n层同心圆之间的区域被分割成8(n+1)‑4个三角单元；最后，对土壤感温区域中正方形边框以外的区域进行栅格化分割，得到多个矩形块，进而将每个矩形块对角线分割成两个三角单元；(3)根据电缆电流以及各结点的坐标计算有限元三角形网络中每个三角单元的刚度系数和内热系数；(4)根据每个三角单元的刚度系数和内热系数，通过有限元总体合成建立有限元三角形网络的温度场模型如下：KT＝P其中：K、T和P分别为有限元三角形网络的刚度系数矩阵、温度场和内热系数向量；求解所述的温度场模型得到温度场T，即有限元三角形网络中各结点的温度；(5)根据电缆线芯导体的最高工作温度确定温度场T_max并代入温度场模型中作为目标向量，根据该目标向量通过迭代法求解温度场模型中的内热系数向量，则求得的内热系数向量对应的电缆电流即为电缆的载流量。