高压电缆中间接头轴向传热的实验研究

高压电缆接头加载电流达到稳态时,电缆接头及附近本体导体沿轴向存在温度分布梯度,载荷能力和玻璃钢保护壳的引入对此温度分布存在影响。为研究载荷能力和玻璃钢保护壳的引入对电缆接头轴向传热过程的影响,建立了电缆接头的简化热路模型,分析了接头内部的热传递特点,并搭建了高压电缆接头温升实验平台,分别完成了引入玻璃钢保护壳前后电缆接头不同载荷水平下的稳态温升试验。实验结果表明,玻璃钢保护壳的引入降低了电缆接头主体内导体温度沿轴向的下降速度;当电缆接头运行在更高的负荷下时,电缆接头整体温度和轴向温差均增大,接头主体部分的导体温度变化率也随之增大,且附近本体导体温度沿轴向波动更加明显。玻璃钢保护壳的引入和载荷水平的提高均增大了接头轴向传热对电缆本体导体沿轴向的温度分布的影响程度和影响范围。     

基于多物理场的防爆盒对10kV三芯电缆中间接头温升影响研究北大核心CSCD

中间接头是电缆温升严重的环节之一。为了研究防爆盒的使用是否会进一步加剧中间接头的温升,针对城市供配电系统中广泛应用的10 kV三芯电缆中间接头,采用有限元方法建立了三维多物理场仿真模型。分析了防爆盒对接头温升的影响过程、不同防爆盒体积下接头的温升规律、填充石英砂颗粒对接头的降温效果。研究表明:防爆盒内空气受热上浮造成电缆接头局部集中加热,会进一步加剧接头温升;防爆盒体积足够大时,内部形成空气流动通道有利于降低接头温度;防爆盒内填充石英砂颗粒时接头最高温度仅为55℃,比无防爆盒时下降9.5℃。将仿真结果和试验结果进行对比,相对误差在±10%以内,满足工程误差要求。研究结果可为防爆盒在10 kV三芯电缆中间接头的应用和选型提供参考。     

考虑接触电阻下的电缆接头热点温度

电缆接头内部热点温升是电力电缆的重要问题,有必要研究接触电阻对热点温度的影响。首先,建立了电缆接头及电缆本体的2维轴对称模型。通过不同接触电阻等效模型下的温度场仿真对比,其热点温度相对误差不超过1%,从而确定了接触电阻的等效模型。然后,分别对有无接触电阻的模型进行温度场仿真分析,其热点温度相对误差达10.2%,确定了考虑接触电阻的必要性。最后,在电缆接头温升试验平台进行了试验,比较了测量数据与有限元仿真数据,其热点温度相对误差不超过7%,可以满足工程应用的需要。     

110kV电缆线路中间接头载流量实验研究及分析

为研究电缆接头的载流能力,采用高压电缆温升实验系统,对110 kV 630 mm~2电缆进行稳态电流实验、短时负荷实验以及周期性负荷实验,通过在电缆接头关键位置布置热电偶,分析电缆接头处的温度场分布特点。结果表明:电缆接头及附近本体间存在轴向温度分布,接头的线芯温度和径向温差均高于电缆本体。由于电缆接头温度场分布特点,接头成为限制电缆线路载流量的瓶颈。     

含防爆盒的三芯电缆中间接头散热性能及载流量研究

为了避免电缆遭受外力破坏,防止中间接头故障后蔓延至临近电缆,电缆中间接头需加装防爆盒,如此势必延长中间接头热传导的路径,影响其散热性能。为了进一步探究配电网三芯电缆中间接头加装防爆盒后的温度及载流特性,本文以20kV三芯电缆中间接头为例,建立考虑接触电阻的三芯电缆中间接头磁-热耦合模型,计算了289A电流下含防爆盒的中间接头温升,对比运行数据验证了仿真计算的准确性,然后进一步分析了防爆盒对中间接头载流量的影响规律。结果表明：防爆盒内的空腔会大大降低中间接头的散热性能,相比于电缆本体时,载流量约下降37.1%,而灌注环氧树脂ab胶后,可以大幅度增强中间接头的散热,相对于未灌胶时载流量提升近41.1%。研究结果可为防爆盒的设计及中间接头运维的制定提供参考,有益于电缆的安全稳定运行。     

空气敷设下10kV三芯电缆应急时间计算

当10 kV三芯电缆因故障或检修而需要加载较大的应急负荷时,在电缆导体温度达到最高温限值之前,电缆允许过载的应急时间为多长,是电力部门极其关注和亟待解决的问题。为此以空气敷设的10 kV三芯电缆为研究对象,建立了电缆本体及空气介质的暂态热路模型,并将其等效简化为一阶RC暂态热路模型,计算了10 kV三芯电缆热时间常数,推导出空气敷设三芯电缆在应急负荷下应急时间的计算公式,并设计了空气敷设电缆在不同初始负荷下的应急温升实验,通过对比实测和理论计算数据,验证了该模型和应急时间计算公式的可靠性,可为应急状况下指导电力负荷调度和控制电缆检修工作的时间提供重要参考。     

基于支持向量回归的高压三芯电缆接头温度测算方法

电缆接头温度是衡量绝缘状况的一个重要指标，对其进行监测具有重要的工程价值。提出了一种基于支持向量回归（support vector regression,SVR）的三芯高压电缆接头温度计算方法，推算了三芯电缆接头温度与表面温度之间的关系。在15 kV三芯电缆接头温升的实验测试中，详细分析了SVR参数和温度测量点数量位置选择。最后将实验测试和有限元计算结果分别对比，验证了所提出方法的优越性。     

基于有限元法的单芯电缆接头线芯温度计算

对电缆接头线芯温度进行监测可以有效评估电缆接头的状态,但直接测量线芯温度较为困难且容易破坏电缆接头结构,因此常通过表皮温度估算线芯温度。为提高电缆接头线芯温度计算精度,本文在有限元软件COMSOL中建立电缆中间接头的仿真模型,并进行电磁-热耦合计算。研究环境温度和负荷电流对电缆接头线芯和表皮温度的影响,并对各种工况下的仿真数据拟合分析得出由电缆接头表皮温度和环境温度对线芯温度的表达式,最终验证其有效性。该计算方法可以快速、准确地进行电缆接头线芯温度计算,为电缆中间接头温度的监测和状态评估提供依据。     

10 kV交流三芯电缆中间接头直流化改造热-电耦合仿真研究

将交流电缆改为直流运行后,对电缆接头进行温度场和电场仿真并研究其温度和场强分布规律对改造后的电缆供电能力的评估非常重要,目前关于交流电缆直流化改造的研究主要是针对电缆本体,对电缆接头的研究还较少。本文建立了城市配电网中常见的10 kV交流三芯电缆接头的三维仿真模型,首先采用ANSYS中的热-电耦合模块对接触系数k=4时的接头模型进行温度场仿真;之后研究了接触电阻和空气对流换热系数对接头温度分布的影响;最后进行了电缆接头直流运行时的电场仿真,并根据温度场和电场仿真结果选取了直流载流量和合适的直流运行电压,与接头交流运行时进行了传输最大功率的比较。研究结果表明,交流电缆接头直流化改造后功率传输能力有了一定的提升。     

110kV电缆中间接头载流能力计算与实验分析

为了评估110 kV电压等级电缆中间接头的载流能力,采用热路法分析了中间接头与电缆本体的径向导热差异,及中间接头轴向传热的影响范围。基于理论分析,建立了有限长中间接头1/2轴切面几何模型,利用有限元仿真工具,迭代计算了中间接头载流量。模拟空气敷设环境,进行了大电流温升实验,得到了中间接头局部温度分布规律。研究结果表明:中间接头径向温差大于电缆本体径向温差,对应中间接头径向热阻大于电缆本体径向热阻;中间接头轴向传热影响范围小,靠近中间接头的电缆本体导体温度轴向分布均匀;随着负荷增大,中间接头与电缆本体的导体温差增大;空气敷设环境下,考虑中间接头的110 kV电缆线路载流量降低145 A;采用有限长轴切面几何模型仿真计算中间接头导体温度,计算相对误差小于6%。该研究结果可以为电力调度及运行维护部门考量电缆中间接头对110 kV电缆线路载流量的限制作用提供参考。     

高压直流电缆接头稳态温度场分布及其影响因素

温度是反映电缆中间接头运行状态的重要参数。与交流不同,高压直流电缆中间接头绝缘层温度的变化影响着电场分布和空间电荷的积累,因此不仅要关注接头线芯的温度,更要研究绝缘层温度和绝缘层内外表面温差的变化。建立了高压直流XLPE绝缘电缆中间接头的简化模型,利用有限元软件进行仿真,得到了接头绝缘层稳态温度分布,并研究了不同线芯电流和电缆接头外表面温度分别对接头导线芯温度、XLPE主绝缘和硅橡胶（SIR）增强绝缘层温度分布以及绝缘层内外表面温差的影响。结果表明：直流高压下,线芯电流对三者影响较为显著;接头外表面温度对接头导线芯最高温度、绝缘层最高温度和绝缘层温度分布有影响,而对绝缘层内外表面温差的影响可忽略不计。     

配电系统三芯电缆应急时间计算方法

当配电系统三芯电缆因其他线路故障或电力抢修而需施加较大的应急负荷时,其线芯温度达到最高限值前,允许过载的时间是电缆运行监测部门亟待解决的问题。文中以10 k V三芯电缆为研究对象,首先建立电缆暂态热路模型,并将应急负荷作用下电缆暂态温升分为稳态分量和五个热时间常数不同的暂态分量。其次借助数据拟合的方法确定不同暂态分量的参数,得到应急负荷作用下电缆应急时间的计算表达式。最后设计了加载不同应急负荷时三芯电缆的暂态温升实验。实验结果表明,本方法能够准确地计算电缆的应急时间,为三芯电缆的应急能力评估和电力应急调度提供依据。     

基于CNN-LSTM的输电线路故障诊断方法研究

电缆接头线芯温度计算是实现电缆载流量预测重要环节。该文通过三芯电缆接头结构分析其散热路径,进一步考虑了电缆接头的轴向散热,提出了改进的热路模型。以10 kV三芯电缆中间接头为例开展有限元温度场计算,并根据温度-热源的响应实现稳态热路模型的参数辨识。同时,分析了不同电缆电流以及环境散热条件下稳态热路模型的等效性,与有限元仿真结果吻合良好。该模型可以有效提高电缆接头热点计算的效率。     

极端高温下10kV电缆中间接头载流量分析

随着世界各地夏季环境温度不断升高,电缆中间接头的工作环境正在恶化。为此,文中基于有限元法建立10 kV三芯电缆及其中间接头仿真模型,分析不同环境温度和不同电流下中间接头的温度分布。首先,开展温升试验,得到电缆中间接头表面的稳态温度,验证仿真模型的准确性;然后,拟合不同环境温度下中间接头高压载流导体表面温度与电流的函数关系,以此可以计算不同极端环境温度下中间接头的极限安全载流量。结果表明,环境温度升高对中间接头高压载流导体表面的温度分布趋势几乎没有影响,在外护套外表面处也满足此规律。中间接头高压载流导体表面温度与电流近似成二次函数关系。当电流幅值为480 A、环境温度为75 ℃时,高压载流导体表面与外护套外表面最高温度分别是环境温度为30 ℃时的1.57倍与1.69倍。当环境温度超过55 ℃时,按照国标规定的持续允许载流量会使中间接头高压铜导体表面温度超过最高允许运行温度90 ℃。考虑到自2020年起夏季环境温度持续增加,现行国标中10 kV铜导体三芯交联聚乙烯绝缘电缆中间接头的持续允许载流量须被修正。     

单芯电缆热时间常数的理论计算与试验研究

由于电缆热容的存在,当施加阶跃电流时,电缆温度随时间逐渐变化,经一段时间后达到热稳态,导体温度变化的速度一般用热时间常数来反映。为此,以单芯电缆为研究对象,介绍了电缆热时间常数;建立了电缆本体及周围介质的暂态热路模型并进行简化等效;计算了空气敷设和直埋敷设单芯电缆的热时间常数;并在试验现场进行了阶跃电流下的单芯电缆温升试验,通过对实测导体温度暂态过程的曲线拟合求得了电缆实际的热时间常数,验证了理论计算的正确性。电缆的热时间常数可用于估算阶跃电流作用下的导体暂态温度响应、以及到达最高允许温度所需要的升温时间,为电缆的运行状态监测及故障预警提供理论支持。     

高压电缆接头温度场分布的仿真计算

温度是制约电缆接头载流能力的直接因素,研究接头的温度场分布对实现接头载流能力的准确评估至关重要。论文建立了接头的二维轴向仿真模型,对不同负荷下接头进行温度场仿真分析,并设计了高压电缆接头稳态温升实验,实测了不同负荷下的接头稳态温度分布。最后,应用接头二维轴向仿真模型研究了环境温度、对流换热系数、主绝缘件和保护壳填充胶导热系数变化对接头稳态温度分布的影响,进而提出了电缆全线载流量的提升策略。实验和仿真结果对比表明,不同负荷下接头二维轴向仿真模型对接头导体温度的计算误差绝对值不超过10%。因此,采用接头二维轴向仿真模型计算接头温度场分布能够满足工程应用的需求。     

计及轴向传热的中低压单芯电缆导体温升状态空间模型

电力电缆导体温度可为线路载流量及运行状态的评估提供依据。然而,在当前电缆温度计算中,导体的轴向温度分布通常被忽略,无法准确描述电缆运行的热动态过程。为此,基于热平衡原理,在状态空间内提出了计及轴向传热的中低压单芯电缆导体的温升模型。为克服模型参数难以确定的问题,提出了基于粒子群优化算法的电缆热路参数辨识方法。为验证模型精度,建立了电缆温升实验平台,在不同电流下对空气中敷设电缆进行了轴向温升实验。计算结果与实验结果的对比表明,当电缆存在轴向温度梯度时,所提状态空间模型结果精度高于IEC60287标准模型,能够满足中低压单芯电缆导体在不同电流条件下的轴向温升计算要求。     

电缆中间接头温度场特性研究

电缆中间接头是线路运行中的薄弱环节,研究电缆中间接头的温度场分布特性,对电缆安全可靠运行具有重要意义。以10 kV三芯电缆中间接头为研究对象,分析了电缆中间接头径向和轴向的温度场分布特性,并研究了环境温度和负荷电流对电缆中间接头导体最高温度、中间接头表面温度和本体表面温度的影响规律,最后结合安全工况分析给出基于电缆接头表面温度判断其是否处于安全运行状态的依据。该分析结果可为电缆中间接头的运行状态监测及预警提供参考依据。     

外皮温度监测的单芯电缆暂态温度计算与试验

导体温度是反映电缆运行状态的关键因素,因而有必要实现对它的监控。实际中对运行电缆导体温度的直接测量难以实现,工程中常采用计算的方式来获取,而复杂多变的电缆外部因素使得对导体温度的精确计算也非常困难。为此,在电缆外皮温度监测的基础上,建立了单芯电缆暂态热路的数学模型;分别推导出只考虑电流变化和只考虑表皮温度变化两种情况下的暂态温升递推公式,进而推导出单芯电缆暂态温度的完整叠加公式;并采用经典4阶Runge-Kutta法求解微分方程组计算电缆本体温度。同时编制了电缆暂态计算软件,可根据电缆外皮温度的监测,计算电缆导体和金属护套暂态温度。为验证暂态模型和软件编制的正确性,在试验现场进行了单芯电缆暂态温升试验,并将计算结果与试验测得的温度数据进行了对比验证。结果表明,基于电缆外皮温度监测的单芯电缆暂态温度计算具有较高的精度,可用于单芯电缆实际运行中的温度控制、电缆状态监测及其故障预警等方面。     

电缆绝缘层老化对接头界面压力的影响研究

为研究老化电缆绝缘层弹性模量变化对界面压力的影响,本文实测三根不同运行年限电缆绝缘的击穿场强与介质损耗角正切表征其电性能,以及在不同温度下的弹性模量表征力学性能。基于超弹性材料本构理论,计算电缆接头与本体装配后的界面压力,并建立电缆接头的二维轴向仿真模型,计算轴向上的界面压力。仿真与理论计算结果的对比表明,运用二维轴向仿真模型计算电缆接头与本体之间的界面压力的误差不超过3.2%,仿真模型计算的准确度可为研究接头轴向上的界面压力分布提供可靠的数据,虽然不同运行年限电缆绝缘层电性能不同,且弹性模量最大差异为29%,但界面压力仅变化0.275%。因此,全新接头与已运行一定年限的电缆装配后,仍能保证足够的界面压力。