聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及电力电缆技术领域，特别是涉及一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法、系统、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.电力电缆作为重要的电力设备，是输配电系统的重要组成部分。目前高压电缆一般采用交联聚乙烯(xlpe)作为绝缘料，然而交联聚乙烯为热固性材料无法进行回收再利用，交联过程中产生的副产物也会造成环境污染，不满足绿色环保的要求。聚丙烯(pp)作为一种热塑性塑料，具有优异的绝缘性能、耐温等级高、可塑化循环再利用的特点，不仅可以提高电缆载流量，也可以简化加工工艺，降低成本提高生产效率，近年来被认为是有可能用作热塑性电力电缆绝缘的基础材料。
3.电缆中间接头作为电缆附件中使用量最大的元件，据近几年我国电力电缆的故障分析统计表明，电缆中间接头出现故障的比例约占电缆总故障的30％，是电缆线路中电气绝缘性能和力学性能的薄弱环节，也是提高电缆线路运行安全可靠性的关键点。虽然，相比于国内高压电缆附件中普遍使用的整体预制式接头，模塑接头通过采用与用于制造电缆相同的绝缘材料在本体绝缘层上重塑增强绝缘层的方式连接电缆本体，可以消除绝缘之间的界面，实现接头与电缆本体形成连续、等效匹配的电场屏蔽体，从根本上改善界面空间电荷的积聚状态，进而在一定程度上能够提升电气绝缘和运行稳定的耐久性能，但是，电缆接头的具体结构对其实际运行的安全可靠性也有着不容忽视的影响。然而，目前聚丙烯绝缘电缆的研究仍处于发展阶段，鲜有对聚丙烯电缆模塑接头的研究，更无针对进一步提升电缆接头安全可靠性能的聚丙烯电缆模塑接头结构优化设计的研究。
4.因此，亟需提供一种针对聚丙烯电缆模塑接头结构的优化设计方法，提升聚丙烯电缆接头在实际应用中的安全可靠性能，进一步减少聚丙烯电缆线路运行故障发生的可能性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法，通过将聚丙烯电缆模塑接头内电场分布情况与实际接头制作工艺水平相结合建立三维仿真模型，并通过控制变量法分别改变反应力锥角度、应力锥角度以及反应力锥和应力锥的相对位置来对不同结构要素进行电场仿真，分析得出聚丙烯电缆模塑接头最优结构，在保证聚丙烯电缆模塑接头具有更高的电气绝缘和运行稳定的耐久性能的基础上，有效提升聚丙烯电缆模塑接头在实际应用中的安全可靠性能，进一步减少电缆线路运行故障发生的可能性，为电缆模塑接头的实际设计制作与应用提供一定的理论基础。
6.为了实现上述目的，有必要针对上述技术问题，提供了一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法、系统、计算机设备及存储介质。
7.第一方面，本发明实施例提供了一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法，所述
方法包括以下步骤：
8.根据聚丙烯电缆模塑接头的初始结构，搭建对应的结构仿真模型；
9.采用所述结构仿真模型进行电场仿真，依次确定所述聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置；
10.根据所述聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，得到所述聚丙烯电缆模塑接头的最优结构。
11.进一步地，所述结构仿真模型包括所述聚丙烯电缆模塑接头，以及所述聚丙烯电缆模塑接头两端连接的电缆本体；所述电缆本体由内到外依次包括导体线芯、内屏蔽层、本体绝缘层和第一外屏蔽层；所述聚丙烯电缆模塑接头由内到外依次包括导体线芯、内屏蔽层、增厚绝缘层和第二外屏蔽层；
12.所述根据聚丙烯电缆模塑接头的初始结构，搭建对应的结构仿真模型的步骤包括：
13.根据预设电压等级，确定所述结构仿真模型的结构仿真参数；所述结构仿真参数包括导体线芯截面半径、内屏蔽层厚度、本体绝缘层厚度、第一外屏蔽层厚度、增厚绝缘层厚度、第二外屏蔽层厚度、以及所述导体线芯、内屏蔽层、本体绝缘层、第一外屏蔽层、增厚绝缘层和第二外屏蔽层对应的电导率与相对介电常数；
14.根据所述结构仿真参数，采用仿真软件搭建所述结构仿真模型。
15.进一步地，所述采用所述结构仿真模型进行电场仿真的步骤包括：
16.将所述导体线芯施加预设电压等级的电动势，并根据所述电动势选取所述内屏蔽层的外边缘，以及所述第一外屏蔽层和第二外屏蔽层的内边缘分别作为电势边界和接地边界；
17.对所述结构仿真模型进行网格剖分，并根据所述电势边界和接地边界进行电场仿真计算。
18.进一步地，所述依次确定所述聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置的步骤包括：
19.根据预设反应力锥角度范围，选取多个不同的反应力锥角度值，并将所述结构仿真模型中反应力锥的角度设为各个反应力锥角度值分别进行对应的电场仿真，确定所述最优反应力锥角度；
20.将所述结构仿真模型中反应力锥的角度固定为所述最优反应力锥角度，并根据预设应力锥角度范围，选择多个不同的应力锥角度值，并将所述结构仿真模型中应力锥的角度设为各个应力锥角度值分别进行对应的电场仿真，确定所述最优应力锥角度；
21.将所述结构仿真模型中反应力锥角度和应力锥角度分别固定为所述最优反应力锥角度和最优应力锥角度，并根据多个预设反应力锥与应力锥相对位置，调整所述结构仿真模型中反应力锥与应力锥的相对位置进行对应的电场仿真，确定所述反应力锥与应力锥最优相对位置。
22.进一步地，所述将所述结构仿真模型中反应力锥的角度设为各个反应力锥角度值分别进行对应的电场仿真，确定所述最优反应力锥角度的步骤包括：
23.获取各个反应力锥角度值对应的反应力锥角度仿真结果；所述反应力锥角度仿真结果包括反应力锥面切向电场强度的大小和分布均匀程度，以及所述聚丙烯电缆模塑接头
内部电场强度的大小和分布均匀程度；
24.对比分析各个反应力锥角度值对应的反应力锥角度仿真结果，并结合所述聚丙烯电缆模塑接头的实际制作工艺需求，确定所述最优反应力锥角度。
25.进一步地，所述将所述结构仿真模型中应力锥的角度设为各个应力锥角度值分别进行对应的电场仿真，确定所述最优应力锥角度的步骤包括：
26.获取各个应力锥角度值对应的应力锥角度仿真结果；所述应力锥角度仿真结果包括应力锥面切向电场强度的大小和分布均匀程度，以及所述聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小和分布均匀程度；
27.对比分析各个应力锥角度值对应的应力锥角度仿真结果，并结合所述聚丙烯电缆模塑接头的实际制作工艺需求，确定所述最优应力锥角度。
28.进一步地，所述预设反应力锥与应力锥相对位置包括：反应力锥顶部与应力锥根部重合、反应力锥与应力锥相交、反应力锥顶部与应力锥顶部重合、以及反应力锥与应力锥不相交；
29.所述根据多个预设反应力锥与应力锥相对位置，调整所述结构仿真模型中反应力锥与应力锥的相对位置进行对应的电场仿真，确定所述反应力锥与应力锥最优相对位置的步骤包括：
30.获取各个预设反应力锥与应力锥相对位置对应的相对位置仿真结果；所述相对位置仿真结果包括反应力锥面切向电场强度的大小和分布均匀程度，以及所述聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小和分布均匀程度；
31.对比分析各个预设反应力锥与应力锥相对位置对应的相对位置仿真结果，并结合所述聚丙烯电缆模塑接头的实际制作工艺需求，确定所述反应力锥与应力锥最优相对位置。
32.第二方面，本发明实施例提供了一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化系统，所述系统包括：
33.模型搭建模块，用于根据聚丙烯电缆模塑接头的初始结构，搭建对应的结构仿真模型；
34.仿真计算模块，用于采用所述结构仿真模型进行电场仿真，依次确定所述聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置；
35.结构确定模块，用于根据所述聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，得到所述聚丙烯电缆模塑接头的最优结构。
36.第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
37.第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
38.上述本技术提供了一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法、系统、计算机设备及存储介质，通过所述方法，实现了根据聚丙烯电缆模塑接头的初始结构，搭建对应的结构
仿真模型，采用该结构仿真模型进行电场仿真，依次确定聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，再根据聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，得到聚丙烯电缆模塑接头的最优结构的技术方案。与现有技术相比，该聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法，通过将聚丙烯电缆模塑接头内电场分布情况与实际接头制作工艺水平相结合建立三维仿真模型，再对不同结构要素进行电场仿真，分析得出的聚丙烯电缆模塑接头的最优结构，在保证聚丙烯电缆模塑接头实际应用中的高电气绝缘性和运行稳定耐久性能的基础上，能有效提升聚丙烯电缆模塑接头的安全可靠性能，进一步减少电缆线路运行故障发生的可能性，为电缆模塑接头的实际设计制作与应用提供一定的理论基础。
附图说明
39.图1是本发明实施例中聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法的应用场景示意图；
40.图2是本发明实施例中聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法的流程示意图；
41.图3是本实施例中结构仿真模型的xy二维平面的示意图；
42.图4是本实施例中结构仿真模型的示意图；
43.图5是本发明实施例中确定最优反应力锥角度分析时，结构仿真模型中反应力锥面切向电场强度的大小与分布均匀程度的示意图；
44.图6是本发明实施例中确定最优反应力锥角度分析时，结构仿真模型中聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小与分布均匀程度的示意图；
45.图7是本发明实施例中确定最优应力锥角度分析时，结构仿真模型中应力锥面切向电场强度的大小与分布均匀程度的示意图；
46.图8是本发明实施例中确定最优应力锥角度分析时，结构仿真模型中聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小与分布均匀程度的示意图；
47.图9是本发明实施例中确定反应力锥与应力锥最优相对位置分析时，结构仿真模型中反应力锥面切向电场强度的大小与分布均匀程度的示意图；
48.图10是本发明实施例中确定反应力锥与应力锥最优相对位置分析时，结构仿真模型中聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小与分布均匀程度的示意图；
49.图11是本发明实施例中聚丙烯电缆模塑接头结构的优化系统的结构示意图；
50.图12是本发明实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
51.为了使本技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明，显然，以下所描述的实施例是本发明实施例的一部分，仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
52.本发明提供的一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法，可以应用于如图1所示的终端或服务器上。其中，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。服务器可采用本发明的聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法对聚丙烯电缆模
塑接头结构按照实际应用需求进行优化设计，并将最终得到的最优结构应用于指导实际生产，或发送至终端供终端使用者进一步分析研究使用，为其他电缆模塑接头的实际设计制作与应用提供一定的研究指导。下述实施例将对本发明的聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法进行详细说明。
53.在一个实施例中，如图2所示，提供了一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法，包括以下步骤：
54.s11、根据聚丙烯电缆模塑接头的初始结构，搭建对应的结构仿真模型；
55.其中，聚丙烯电缆模塑接头的初始结构是根据实际应用需求初步设计的结构，后续需要采用本发明的优化方法在此结构基础上通过控制变量法分别改变反应力锥的角度、应力锥的角度以及反应力锥与应力锥的相对位置来得到对应聚丙烯电缆模塑接头的最优化结构后，才能投入实际生产使用。如图3所示，电缆本体由内到外依次包括导体线芯1、内屏蔽层2、本体绝缘层3和第一外屏蔽层4，聚丙烯电缆模塑接头由内到外依次包括导体线芯1、内屏蔽层2、增厚绝缘层5和第二外屏蔽层6，且电缆本体和聚丙烯电缆模塑接头对应各层结构的结构参数，如导体线芯直径、内外屏蔽层厚度和绝缘层厚度等都会受到其应用场景所需电压等级的影响，因此，需要在搭建仿真模型前先确定所应用的电压等级即预设电压等级，再根据聚丙烯电缆模塑接头的初始结构进行对应的结构仿真模型的搭建，用于后续的仿真实验。需要说明的是，电场仿真主要针对聚丙烯电缆模塑接头的内部电场，为了便于分析需要对聚丙烯电缆模塑接头的结构进行一定的简化，且为了模拟聚丙烯电缆模塑接头的实际运行情况，仿真中还需要对聚丙烯电缆模塑接头连接两端的部分电缆本体进行建模，即本实施例中的结构仿真模型包括所述聚丙烯电缆模塑接头，以及所述聚丙烯电缆模塑接头两端连接的电缆本体。具体地，所述根据聚丙烯电缆模塑接头的初始结构，搭建对应的结构仿真模型的步骤包括：
56.根据预设电压等级，确定所述结构仿真模型的结构仿真参数；所述结构仿真参数包括导体线芯截面半径、内屏蔽层厚度、本体绝缘层厚度、第一外屏蔽层厚度、增厚绝缘层厚度、第二外屏蔽层厚度、以及所述导体线芯、内屏蔽层、本体绝缘层、第一外屏蔽层、增厚绝缘层和第二外屏蔽层对应的电导率与相对介电常数；其中，预设电压等级根据所需设计的聚丙烯电缆模塑接头的应用场景进行确定，如可将预设电压等级定为220kv或10kv等任一所需的电压等级，此处确定预设电压等级后，后续电场仿真实验中添加的电压等级也要与此保持一致。需要说明的是，如前文所述，预设电压等级的不同仅涉及对聚丙烯电缆模塑接头由内到外各层结构的结构参数的影响，而不会影响本发明方法的实施过程及效果。
57.如图4所示，结构仿真模型包括聚丙烯电缆模塑接头及两端连接的电缆本体，对应的结构仿真参数既包括聚丙烯电缆模塑接头的仿真参数，又包括对应两端连接的电缆本体的仿真参数，其中，导体线芯截面半径是聚丙烯电缆模塑接头和电缆本体所共有的部分，内屏蔽层厚度、本体绝缘层厚度、第一外屏蔽层厚度，以及所述导体线芯、内屏蔽层、本体绝缘层、第一外屏蔽层、增厚绝缘层和第二外屏蔽层对应的电导率与相对介电常数是对应于电缆本体的仿真参数，且增厚绝缘层厚度、第二外屏蔽层厚度，以及所述导体线芯、内屏蔽层、本体绝缘层、第一外屏蔽层、增厚绝缘层和第二外屏蔽层对应的电导率与相对介电常数是对应于聚丙烯电缆模塑接头的仿真参数。在预设电压等级确定后，聚丙烯电缆模塑接头及两端连接的电缆本体由内到外各层结构的结构参数也就基本上确定了，即确定了结构仿真
参数中的导体线芯截面半径、内屏蔽层厚度、本体绝缘层厚度、第一外屏蔽层厚度、增厚绝缘层厚度、第二外屏蔽层厚度。此外，结构仿真参数还需要根据导体线芯、内屏蔽层、本体绝缘层、第一外屏蔽层、增厚绝缘层、第二外屏蔽层对应的材料，获取对应的电导率与相对介电常数，具体如表1所示：
58.表1聚丙烯电缆本体及模塑接头的仿真参数
[0059][0060][0061]
需要说明的是，本实施例中上述内屏蔽层2、本体绝缘层3、第一外屏蔽层4、增厚绝缘层5和第二外屏蔽层6均选用聚丙烯基材料，对应表1中各层结构的外径大小均根据对应的厚度要求确定。
[0062]
根据所述结构仿真参数，采用仿真软件搭建所述结构仿真模型。其中，结构仿真参数采用上述方法步骤确定后，可根据仿真实验需求选择合适的仿真软件搭建图4示出的三维结构仿真模型，其对应的xy二维平面视图如图3所示；需要说明的是，仿真软件原则上可不作任何限制，如，comsol multiphysics、ansys等仿真软件均可以实现本发明的仿真功能。为了保证以仿真计算的精准性，本实施例优选地，采用comsol multiphysics仿真软件搭建结构仿真模型。
[0063]
s12、采用所述结构仿真模型进行电场仿真，依次确定所述聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置；
[0064]
其中，结构仿真模型按照上述方法搭建完成后，需要对该结构仿真模型进行不同情况的电场仿真实验，基于不同结构要素对聚丙烯电缆模塑接头电场分布情况的影响，分析确定聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，进而得到对应的最优结构。具体地，所述采用所述结构仿真模型进行电场仿真的步骤包括：
[0065]
将所述导体线芯施加预设电压等级的电动势，并根据所述电动势选取所述内屏蔽层的外边缘，以及所述第一外屏蔽层和第二外屏蔽层的内边缘分别作为电势边界和接地边界；其中，第一外屏蔽层和第二外屏蔽层分别为电缆本体的外屏蔽层和聚丙烯电缆模塑接头的外屏蔽层，且电缆本体与聚丙烯电缆模塑接头是电气连接的，则在实际的电场仿真实验中，将第一外屏蔽层和第二外屏蔽层的内边缘的整体作为接地边界，确定电势边界和接地边界后，即可对所述结构仿真模型进行网格剖分，并根据所述电势边界和接地边界进行电场仿真计算，通过控制变量法在预设范围内依次分别改变反应力锥的角度、应力锥的角度以及反应力锥与应力锥的相对位置，对比分析不同条件下聚丙烯电缆模塑接头的电场分布情况，得到对应的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对
位置。具体地，所述依次确定所述聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置的步骤包括：
[0066]
根据预设反应力锥角度范围，选取多个不同的反应力锥角度值，并将所述结构仿真模型中反应力锥的角度设为各个反应力锥角度值分别进行对应的电场仿真，确定所述最优反应力锥角度；
[0067]
其中，预设反应力锥角度范围可以根据实际应用需求进行调整，本实施例中根据经验将预设反应力锥角度范围设为5
°‑
30
°
，并在该范围内选择多个不同角度对结构仿真模型中的反应力锥的角度进行调整，并进行相应的电场仿真。需要说明是，实际确定最优反应力锥角度的仿真实验中，在预设反应力锥角度范围选择的不同角度个数可根据应用需求确定，原则上选择的角度值越多仿真结果越准确，即对预设反应力锥角度范围内角度划分的越细结果越准确。本实施例中，在预设反应力锥角度范围为5
°‑
30
°
内至少选择5种角度对结构仿真模型中的反应力锥的角度进行调整后，进行相应的电场仿真，如对反应力锥的角度分别设为10
°
、15
°
、20
°
、25
°
和30
°
的5种结构仿真模型进行电场仿真，通过对比分析图5-6所示的5种角度值对应仿真结果中反应力锥面切向电场强度和聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小与分布均匀程度，选取最优反应力锥角度。需要说明的是，上述预设反应力锥角度范围及对应的多种不同反应力锥角度值的选取仅为示例性说明，并不对本发明的保护范围作具体限制。具体地，所述将所述结构仿真模型中反应力锥的角度设为各个反应力锥角度值分别进行对应的电场仿真，确定所述最优反应力锥角度的步骤包括：
[0068]
获取各个反应力锥角度值对应的反应力锥角度仿真结果；所述反应力锥角度仿真结果包括反应力锥面切向电场强度的大小和分布均匀程度，以及所述聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小和分布均匀程度；
[0069]
其中，反应力锥面切向电场强度的大小和分布均匀程度，以及聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小和分布均匀程度是电场仿真实验中获取用以确定最优反应力锥角度的关键仿真数据，上述对反应力锥的角度分别设为10
°
、15
°
、20
°
、25
°
和30
°
的5种结构仿真模型进行电场仿真得到的结果分别如图5和图6所示。
[0070]
对比分析各个反应力锥角度值对应的反应力锥角度仿真结果，并结合所述聚丙烯电缆模塑接头的实际制作工艺需求，确定所述最优反应力锥角度。
[0071]
根据图5-6示出的仿真结果可以看出，随着反应力锥角度的增加，聚丙烯电缆模塑接头内部的场强分布以及最大场强没有明显的变化，但反应力锥的角度越小，反应力锥锥面切向场强越小且分布越均匀。尽管，较小的反应力锥角度更有利于聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度分布但影响不大，考虑聚丙烯电缆模塑接头的实际制作工艺需求，可适当选择较大的反应力锥角度，如本实施例，在预设反应力锥角度范围为5
°‑
30
°
内选择10
°
、15
°
、20
°
、25
°
和30
°
的5种结构仿真模型进行电场仿真，并根据对应的仿真结果可选择最优反应力锥角度为15
°
。需要说明的是，本实施例中最优反应力锥角度为15
°
仅为示例性说明，在实际结构优化仿真实验中得到的最优反应力锥角度根据实际电场仿真计算的结构确定即可，此处不对其作具体限制。
[0072]
将所述结构仿真模型中反应力锥的角度固定为所述最优反应力锥角度，并根据预设应力锥角度范围，选择多个不同的应力锥角度值，并将所述结构仿真模型中应力锥的角度设为各个应力锥角度值分别进行对应的电场仿真，确定所述最优应力锥角度；
[0073]
其中，最优反应力锥角度按照上述方法步骤得到后，在结构仿真模型中将对应的反应力锥的角度设为该最优反应力锥角度的基础上，再对预设应力锥角度范围内的不同应力锥角度的结构仿真模型进行电场仿真，分析得到最优反应力锥角度对应的最优应力锥角度。预设应力锥角度范围可以根据实际应用需求进行调整，本实施例中根据经验将预设应力锥角度范围设为5
°‑
30
°
，并在该范围内选择多个不同角度对结构仿真模型中的应力锥的角度进行调整，并进行相应的电场仿真。需要说明是，实际确定最优应力锥角度的仿真实验中，在预设应力锥角度范围选择的不同角度个数可根据应用需求确定，原则上选择的角度值越多仿真结果越准确，即对预设应力锥角度范围内角度划分的越细结果越准确。本实施例中，在预设应力锥角度范围为5
°‑
30
°
内至少选择5种角度对结构仿真模型中的应力锥的角度进行调整后，进行相应的电场仿真，如对应力锥的角度分别设为5
°
、10
°
、15
°
、20
°
和25
°
的5种结构仿真模型进行电场仿真，通过对比分析图7-8所示的5种角度值对应仿真结果中应力锥面切向电场强度和聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小与分布均匀程度，选取最优应力锥角度。需要说明的是，上述预设应力锥角度范围及对应的多种不同应力锥角度值的选取仅为示例性说明，并不对本发明的保护范围作具体限制。具体地，所述将所述结构仿真模型中应力锥的角度设为各个应力锥角度值分别进行对应的电场仿真，确定所述最优应力锥角度的步骤包括：
[0074]
获取各个应力锥角度值对应的应力锥角度仿真结果；所述应力锥角度仿真结果包括应力锥面切向电场强度的大小和分布均匀程度，以及所述聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小和分布均匀程度；
[0075]
其中，应力锥面切向电场强度的大小和分布均匀程度，以及聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小和分布均匀程度是电场仿真实验中获取用以确定最优应力锥角度的关键仿真数据，上述对应力锥的角度分别设为5
°
、10
°
、15
°
、20
°
和25
°
的5种结构仿真模型进行电场仿真得到的结果分别如图7和图8所示。
[0076]
对比分析各个应力锥角度值对应的应力锥角度仿真结果，并结合所述聚丙烯电缆模塑接头的实际制作工艺需求，确定所述最优应力锥角度。
[0077]
根据图7-8示出的仿真结果可以看出，随着应力锥角度的增加，聚丙烯电缆模塑接头内部的最大场强没有明显的变化，应力锥根部的场强逐渐增大，应力锥的角度越小，应力锥锥面切向场强分布越均匀。尽管，较小的应力锥角度更有利于聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度分布但影响不大，考虑聚丙烯电缆模塑接头的实际制作工艺需求，可适当选择较大的应力锥角度，如本实施例，在预设应力锥角度范围为5
°‑
30
°
内选择5
°
、10
°
、15
°
、20
°
和25
°
的5种结构仿真模型进行电场仿真，并根据对应的仿真结果可选择最优应力锥角度为10
°
。需要说明的是，本实施例中最优应力锥角度为10
°
仅为示例性说明，在实际结构优化仿真实验中得到的最优应力锥角度根据实际电场仿真计算的结构确定即可，此处不对其作具体限制。
[0078]
将所述结构仿真模型中反应力锥角度和应力锥角度分别固定为所述最优反应力锥角度和最优应力锥角度，并根据多个预设反应力锥与应力锥相对位置，调整所述结构仿真模型中反应力锥与应力锥的相对位置进行对应的电场仿真，确定所述反应力锥与应力锥最优相对位置。
[0079]
其中，最优反应力锥角度和最优应力锥角度分别按照上述方法确定后，可在结构
仿真模型中将对应的反应力锥和应力锥的角度分别设为最优反应力锥角度和最优应力锥角度的基础上，再对不同的预设反应力锥与应力锥相对位置的结构仿真模型进行电场仿真，分析得到反应力锥与应力锥最优相对位置。预设反应力锥与应力锥相对位置可根据实际仿真需求选择确定，原则上预设的位置关系种类越多，仿真结果越准确，但为了在保证仿真实验准确性的基础上，进一步提高仿真实验的效率，本实施例优选地设置具有代表性和典型性的四种不同的预设反应力锥与应力锥相对位置：反应力锥顶部与应力锥根部重合(相对位置1)、反应力锥与应力锥相交(相对位置2)、反应力锥顶部与应力锥顶部重合(相对位置3)、以及反应力锥与应力锥不相交(相对位置4)，并对聚丙烯电缆模塑接头反应力锥与应力锥的相对位置为不同预设预设反应力锥与应力锥相对位置的结构仿真模型进行电场仿真，通过对比分析图9-10所示的4种预设位置关系对应仿真结果中反应力锥面切向电场强度和聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小与分布均匀程度，选取反应力锥与应力锥最优相对位置。需要说明的是，由于应力锥面切向电场强度的大小与分布均匀程度受位置关系的影响不大，本实例的相对位置分析的过程中仅需要考虑的不同位置关系下的反应力锥面切向电场强度的大小与分布均匀程度和聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小与分布均匀程度即可进行有效的分析判断，若在最优相对位置分析过程中加入不同相对位置下应力锥面切向电场强度的大小与分布均匀程度的对比分析，也在本发明的保护范围内。具体地，所述根据多个预设反应力锥与应力锥相对位置，调整所述结构仿真模型中反应力锥与应力锥的相对位置进行对应的电场仿真，确定所述反应力锥与应力锥最优相对位置的步骤包括：
[0080]
获取各个预设反应力锥与应力锥相对位置对应的相对位置仿真结果；所述相对位置仿真结果包括反应力锥面切向电场强度的大小和分布均匀程度，以及所述聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小和分布均匀程度；
[0081]
其中，反应力锥面切向电场强度的大小和分布均匀程度，以及聚丙烯电缆模塑接头内部电场强度的大小和分布均匀程度是电场仿真实验中获取用以确定反应力锥与应力锥最优相对位置的关键仿真数据，上述给出的预设反应力锥与应力锥相对位置的4种结构仿真模型进行电场仿真得到的结果分别如图9和图10所示。
[0082]
对比分析各个预设反应力锥与应力锥相对位置对应的相对位置仿真结果，并结合所述聚丙烯电缆模塑接头的实际制作工艺需求，确定所述反应力锥与应力锥最优相对位置。
[0083]
根据图9-10示出的仿真结果可以看出，反应力锥与应力锥处于不同相对位置时，聚丙烯电缆模塑接头接头内部的场强分布以及最大场强变化不大，反应力锥顶部与应力锥顶部重合(相对位置3)的最大场强值最小。应力锥位于反应力锥外部或正上方时电场分布情况较好，此处选择最优相对位置为反应力锥顶部与应力锥顶部正好重合(相对位置3)，但在实际结构优化仿真实验中因为位置关系分的更细得到的最优相对位置存在细微偏差时，以实际电场仿真计算的结构确定即可。
[0084]
需要说明的是，图5所示的结构仿真模型中的聚丙烯电缆模塑接头及电缆本体的结构具有轴对称性，在上述电场仿真结果示意图中仅选取结构的四分之一进行对比分析和示出。
[0085]
s13、根据所述聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及
反应力锥与应力锥最优相对位置，得到所述聚丙烯电缆模塑接头的最优结构。
[0086]
其中，聚丙烯电缆模塑接头的最优结构主要包括反应力锥角度、应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，因此，在通过上述方法步骤分析得到最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置后，将结构仿真模型中的反应力锥的角度、应力锥的角度、以及反应力锥与应力锥的相对位置分别按照最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置设置即可得到聚丙烯电缆模塑接头的最优结构。如综合前文所示的不同结构要素的电场仿真结果的对比分析，以最优反应力锥角度α＝15
°
、最优应力锥角度β＝10
°
和反应力锥与应力锥最优相对位置(相对位置3)组成聚丙烯电缆模塑接头的最优结构。
[0087]
本技术实施例通过根据聚丙烯电缆模塑接头的初始结构，搭建对应的三维结构仿真模型，采用该结构仿真模型进行电场仿真，对比分析对不同结构要素对聚丙烯电缆模塑接头电场分布的影响，结合实际接头制作工艺需求，依次确定聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，再根据聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，得到聚丙烯电缆模塑接头的最优结构的方法，在模塑接头绝缘采用与电缆绝缘相同的聚丙烯材料恢复，使模塑绝缘与电缆绝缘无界面熔融结合，保证聚丙烯电缆模塑接头实际应用中的高电气绝缘性和运行稳定耐久性能的基础上，对模塑接头的结构进行进一步优化设计，有效提升聚丙烯电缆模塑接头的安全可靠性能，进一步减少电缆线路运行故障发生的可能性，为电缆模塑接头的实际设计制作与应用提供一定的理论基础。
[0088]
需要说明的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。
[0089]
在一个实施例中，如图11所示，提供了一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化系统，所述系统包括：
[0090]
模型搭建模块1，用于根据聚丙烯电缆模塑接头的初始结构，搭建对应的结构仿真模型；
[0091]
仿真计算模块2，用于采用所述结构仿真模型进行电场仿真，依次确定所述聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置；
[0092]
结构确定模块3，用于根据所述聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，得到所述聚丙烯电缆模塑接头的最优结构。
[0093]
需要说明的是，关于聚丙烯电缆模塑接头结构的优化系统的具体限定可以参见上文中对于聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法的限定，在此不再赘述。上述聚丙烯电缆模塑接头结构的优化系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0094]
图12示出一个实施例中计算机设备的内部结构图，该计算机设备具体可以是终端或服务器。如图12所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、
显示器和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0095]
本领域普通技术人员可以理解，图12中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算设备可以包括比途中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有同的部件布置。
[0096]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0097]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0098]
综上，本发明实施例提供的一种聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法、系统、计算机设备及存储介质，其聚丙烯电缆模塑接头结构的优化方法实现了通过根据预设电压等级和聚丙烯电缆模塑接头结构，搭建与预设电压等级对应的聚丙烯结构仿真模型，采用该聚丙烯结构仿真模型进行电场仿真，依次确定聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，再根据聚丙烯电缆模塑接头的最优反应力锥角度、最优应力锥角度、以及反应力锥与应力锥最优相对位置，得到聚丙烯电缆模塑接头的最优结构的技术方案，通过将聚丙烯电缆模塑接头内电场分布情况与实际接头制作工艺水平相结合建立三维仿真模型，再对不同结构要素进行电场仿真，分析得出的聚丙烯电缆模塑接头的最优结构，在保证聚丙烯电缆模塑接头实际应用中的高电气绝缘性和运行稳定耐久性能的基础上，能有效提升聚丙烯电缆模塑接头的安全可靠性能，进一步减少电缆线路运行故障发生的可能性，为电缆模塑接头的实际设计制作与应用提供一定的理论基础。
[0099]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0100]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。