1.基于有限元分析的电缆缆芯温度预测方法,其特征在于:由以下步骤实现:
第1步:建立缆芯温度场模型:
通过电缆的结构参数、材料热参数、敷设条件以及边界条件建立电缆的有限元模型;
第2步:获取缆芯温度样本数据:
施加环境参数以及载荷进行有限元计算,得到电缆的温度场分布云图,选取电缆缆芯所对应的节点,查询相应的温度数据,获得样本数据;
第3步:数据预处理:
对获得的缆芯温度和其它可测量参量原始样本数据进行归一化处理,选取预测模型的输入变量为X={x1(1),...,x1(n),...xk(1),...,xk(n)},输出变量为Y={y(n),y(n+
1),...,y(n+m)};
第4步:建立预测模型:
确定输入变量后,利用神经网络对数据进行训练,建立缆芯温度的预测模型;
第5步:预测输出:
将可测量参量归一化后输入到训练好的神经网络中,就可以得到所求的缆芯温度预测值。
2.根据权利要求1所述的基于有限元分析的电缆缆芯温度预测方法,其特征在于:第1步具体为:
(1)确定电缆的结构参数、材料热参数以及敷设条件;
结构参数包括线芯导体外径、绝缘层厚度和外径、皱纹铝护套厚度和外径、外护套厚度和电缆外径;
材料热参数包括线芯导体的导热系数、绝缘层的导热系数、皱纹铝护套的导热系数、外护套的导热系数、土壤热阻系数、土壤温度和对流换热系数;
敷设条件包括电缆埋深、左右边界、下边界、电缆中心间距和排列方式;
(2)确定边界条件;
相应电缆的温度场模型的边界条件如下:
1)深层土壤的温度不受电缆的影响,符合第一类边界条件;
2)左右侧土壤距离电缆较远,符合第二类边界条件;
3)模型上边界,即地表土壤与空气的接触面,符合第三类边界条件。
3.根据权利要求2所述的基于有限元分析的电缆缆芯温度预测方法,其特征在于:第2步具体为:
施加环境参数,即环境温度;计算并加载体积生成热,根据公式(1)计算电缆各热源的体积生成热,将其以载荷的形式加载至电缆缆芯、皱纹铝护套以及绝缘层的单元;
其中,i={1,2,3}分别对应电缆导体、绝缘层和金属屏蔽层;Qi为各层损耗对应的体积生成热;Wi为电缆各层的单位长度损耗;Si为各层的面积;I为流过电缆线芯的有效电流;R为单位长度线芯导体的交流电阻;l为导体的长度;ρi为电缆各层的电阻率;ri为电缆各层的有效半径;
对其进行求解计算,得到温度场分布云图;其次,选取电缆缆芯所对应的节点,查询该节点的温度数据;
同理,即可获得预测模型所需不同条件下的缆芯温度数据。
4.根据权利要求3所述的基于有限元分析的电缆缆芯温度预测方法,其特征在于:第4步具体为:
选用BP神经网络建立缆芯温度预测模型,设置BP神经网络的隐层激励函数为tan‑sigmoid,输出层为Linear函数,利用mapminmax函数对数据进行归一化处理。