海底电力电缆过载能力分析及其试验验证

基于海底电缆导体的温升原理,对其过载电流进行理论分析,并利用海底电缆热循环试验系统对典型110 kV海底电缆进行过载试验并进行数据拟合、分析,证明了对于某特定海底电缆在运行中的过载能力由海底电缆导体初始温度和过载时间决定。利用MATLAB函数曲线分析这2个因素对海底电缆过载能力的影响,得出其随着导体初始温度和过载时间的增大而减小的结论。结合2条海底电缆短时过载导体温升曲线的比较,提出一种短时过载情况下导体温升的简易算法,利用试验数据验证了该方法的可行性,为实际生产提供了参考。     

地下电缆实时动态负荷评估系统

电缆的传输容量应能根据测得的负荷、温度，并利用热学模型计算得到，夏季额定传输容量和紧急传输容量低于要求值。本文讨论如何实现动态负荷实时监测系统以增加其有效传输容量，并介绍这种动态负荷评估系统的实际应用情况，表明由此可大大增加电缆的容量，进而避免了原本增加循环冷却设备的投资费用。     

220kV预制型充油电缆塞止盒的开发

新开发的220kV 预制型充油电缆塞止盒的性能,达到或超过国标和 IEC 有关标准.内外腔绝缘全部在工厂里预制,大大缩短现场安装时间。塞止密封稳定。额定负荷下塞止盒中心导体温升比电缆导体温升低10%左右。产品全长2400mm,主体外径310mm,重量约280kg。     

暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程

高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布,而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件,暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程,建立热学有限元模型,仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程,并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高,仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程;通过构建导体温度暂态分量和稳态分量,可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合,拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。     

暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程

高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布,而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件,暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程,建立热学有限元模型,仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程,并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高,仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程;通过构建导体温度暂态分量和稳态分量,可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合,拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。     

超高压输电电缆动态增容计算及双线增容策略

指出国内在制定输电电缆载容量上限时,考虑到各种环境因素,一般都制定得比较保守.但在很多情况下这样的限制浪费了线路的输送能力.在保证电缆温度不越限的前提下,通过建立完善的电缆导体实时温度模型,配合成熟的温度监测技术,借以软件实时演算出当前可行的短时增容方案供调度参考,使得电缆线路能在一定时间内发挥其最大的输电能力.文中的动态增容技术已在上海杨建2145等四回220 kV电缆上试应用,为超高压电缆调控提供了更多的可行策略.提出并分析了双回路暂态增容时两种方案的博弈问题,通过算例定量地指出了双线同时增容方案和单回路轮流增容方案的优势区间,为暂态增容方案优化提供了可靠的依据.     

直埋配电电缆应急负荷载流量的试验及其应用

为解决供电容量需求不断增加与城市新建配电电缆线路困难的矛盾,需要提高现有配电电缆的输送能力,而合理利用应急负荷载流量可以动态提高电缆输电能力。为此开发了10 kV XLPE电缆应急负荷载流量计算软件;通过现场应急负荷载流量试验,验证了软件计算的正确性。研究电缆线路应急负荷载流量与电缆负荷状态及应急时间的关系,以及应急负荷载流量与敷设回路数的关系,并进行应急载流量的应用研究。结果表明：应急负荷载流量大于持续负荷载流量;给定的应急时间越短,对应的应急负荷载流量越大;当前负荷电流越低,对应的应急负荷载流量越大;随着回路数的增加,应急负荷载流量减小,但短时载流能力的效果更突出。在运行阶段,应急负荷载流量可用于提高电缆的短时载流能力;在电缆线路设计阶段,可以减小电缆截面或回路数,提高电缆线路的经济性;应急负荷载流量应用在电缆应急故障中,可以减少停电转负荷操作,极大提高供电可靠性。     

新型输电电缆动态增容系统设计与应用

针对输电在线监测系统中电缆温度监测的单一性问题,本文提出了一种基于集中运算的动态增容算法模型。通过将光纤测温与护层电流监测相结合,对实时导体温度与载流量,短时载流量和周期性载流量进行计算。该计算模型能实时分析电缆表面温度的分布数据,发现潜在异常点,实现故障早期预警,而且可动态计算电缆导体温度及允许电流,给输电部门提供电缆短时载流量负荷分析以及周期性载流量的特征分析结果。在确保电缆运行安全的前提下,可实现充分利用电缆输送能力的目标。     

电缆分布式光纤测温系统测量结果符合性的比对试验

为验证应用在电缆线路上的分布式光纤测温系统(DTS)对电缆导体温度和动态载流量计算的符合性,实时测量了不同的敷设环境下电缆在施加相应的负荷电流时的导体温度,以此验证了DTS的导体温度和动态载流量计算符合性,并完成了隧道、直埋等典型敷设环境条件下的周期负荷、随机负荷电流等条件下验证试验研究。结果表明,比对试验方法可有效判断应用在电缆线路上的DTS的性能;有效验证DTS对电缆导体温度和动态载流量计算的符合性;提高DTS计算的精确性;提高DTS在电缆线路安全运行中应用的作用。     

提高单世电缆短时负荷载流量的试验分析

最大限度的利用电力电缆的输送容量一直是电缆设计、运行管理和电力调度所关注的问题.为了提高运行电缆的短时负荷载流量,对影响电缆导体温度的环境热阻和环境温度两个因素进行了局部灵敏度分析,并设计了110 kV交联聚乙烯单芯电缆土壤直埋、水中敷设、空气敷设3种条件下的阶跃电流温升试验,对试验数据进行分析发现:3种环境不同电流下...     

根据电缆表面温度推算导体温度的热路简化模型暂态误差分析

电力电缆运行中导体的温度是确定电缆是否达到载流量的依据,为分析热路简化模型计算电缆导体温度的精度,根据110 kV交联聚乙烯电缆各层温度的热路模型及其简化模型,借助Matlab软件推导出了基于电缆表面温度推算电缆导体温度的计算式,理论上演算了电缆热路完整模型与简化模型之间的误差,并给出该误差与所施加电流的函数关系。同时,设计了直埋电缆的暂态温升试验,根据实测表面温度数据利用简化模型计算了导体温度、绝缘层温度,对比分析了简化模型所计算的导体温度、绝缘层温度与实测导体温度、绝缘层温度之间的误差。结果表明,简化模型计算电缆导体温度与实测导体温度之间的误差在允许范围之内,可用于工程上基于电缆表面温度推算电缆导体温度。     

柔性直流输电系统用直流交联聚乙烯绝缘电缆导体最高温度提高到90℃的可行性

以实际直流交联聚乙烯(DC XLPE)电缆工程设计示例,表明将柔性直流输电(VSC)系统用DC XLPE电缆的导体的最高运行温度提高到90℃,其技术经济效果显著。按DC XLPE电缆抑制空间电荷要求,阐明DC XLPE电缆绝缘的直流恒定电流电场中空间电荷密度与绝缘温度梯度和XLPE绝缘的体积电阻率的温度系数成正比而与导体最高温度不直接相关。通过合理的DC XLPE电缆工程设计和正确选用DC XLPE电缆,可以在提高DC XLPE电缆传输功率和减小绝缘温差抑制空间电荷方面取得优化结果。320 kV及以下XLPE电缆在导体最高温度90℃下运行,绝缘损耗远低于导体损耗,DC XLPE电缆发生热不稳定的可能性很低。对VSC系统用DC XLPE电缆导体运行温度提高到90℃的可行性表示肯定的意见,对实现目标提出具体的措施建议。     

220 kV架空线与电缆的截面匹配方案

增强输电线路各元件的协调性,可以提高其载流能力。介绍了电缆载流能力的计算方法,分析了计算过程中几项关键参数的取值过程。根据典型敷设条件下220 kV电缆载流量的计算,提出了输电线路架空线与电缆的导体截面匹配方案。     

埋地电力电缆的优化研究

为了解决以载流量为负荷电流上限运行方式导致电缆（尤其是集群敷设）负荷潜能不能充分发挥的问题,基于通用的行业标准（IEC标准）,在单根电缆长期运行不超过最高温度的条件下,以实现缆群整体负荷最大化为目标,计算电缆群输送电流.通过提高外围电缆的运载电流和适当降低中间电缆的电流值,实现缆群整体缆芯温度趋于相当,降低缆芯平均温度与90℃的温差,从而达到提高电缆群体送电能力的目标.优化计算方法可使电缆群电流负荷潜能得到发掘,有效提高电缆的经济效益.     

基于有限元的电力电缆过负荷运行能力研究

为充分发挥电力电缆裕量,介绍了基于有限元的电缆温度场计算方法,并通过电缆预埋温升试验验证了该方法的正确性及可行性.以东北地区春平甲乙线220 kV 1000 mm2电缆运行实际状况为例,计算了春平甲乙线的额定载流量以及日负荷曲线下的缆芯温升.计算结果表明,线路运行载流量不足额定载流量的26％,缆芯的最高温度不足22℃,电缆存在很大的过负荷运行能力.采用负荷标幺值分析不同电压等级和不同截面积下的过负荷运行能力,结果表明在同一环境下,不同型号的电缆过负荷运行能力基本相同。     

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。     

单芯电缆线芯温度的非线性有限元法实时计算

考虑电缆材料热性参数是温度的函数及忽略热量沿着线芯轴向传输所造成的线芯温度计算误差,为提高电缆线芯温度计算的精度,提出基于非线性有限单元法计算电缆导体的温度。研究电缆导体径向、轴向温度梯度以及热量扩散规律,分析运行电流、外界环境温度等因素对电缆线芯轴向、径向温度分布的影响。根据传热学原理,研究电缆热性参数随温度变化对电缆导体温度的影响,建立电缆导体温度计算三维非线性有限元模型,并通过实验数据对非线性有限元模型进行验证和修正。实验和有限元仿真的对比表明：忽略电缆热量沿着轴向传输以及热性参数的改变会造成线芯温度计算误差;所提出的电缆导体温度实时计算非线性有限元模型的有效性,为高温下运行电缆导体温度监测与负荷预测奠定了基础。     

工作温度和绝缘温差约束下的高压直流电缆接头载流量计算

中间接头是高压电缆线路运行中故障多发的薄弱环节,电缆系统的载流量会因中间接头的结构特点而受到限制。直流下电缆载流量的约束条件与交流不同,不能直接依据交流电缆中间接头载流量的计算方法。为此,文中以直流电缆中间接头的温度场计算等理论研究为基础,提出以接头导体最高允许工作温度和绝缘层内外表面最大允许温差为两个约束条件,确定高压直流电缆中间接头载流量的方法。通过案例分析,将文中方法与IEC 60287标准计算的载流量进行了对比,并就环境温度对载流量的影响进行了分析。结果表明,中间接头的确是电缆系统载流量计算限制条件之一。两个约束条件下的载流量与环境温度的关系曲线将相交于一点,当环境温度小于该点对应温度值时,接头载流量的决定性约束条件为绝缘层内外表面最大允许温差;当环境温度大于该点对应温度值时,接头载流量的决定性约束条件为接头导体最大允许温度。研究结果可为直流电缆系统运行与载流量设计提供参考。