基于有限元法的电缆金属护套感应电压仿真分析

为有效降低单芯电缆金属护套感应电压对电缆寿命及载流量的影响,科学合理地选择不同电缆结构的敷设排列方式和距离,利用有限元法对不同材料、结构的电缆金属护套感应电压进行了数值仿真分析。首先采用电磁感应定律对单芯电缆金属护套感应电压进行解析计算;再通过Ansoft Maxwell 15软件建立单回路电缆金属护套感应电压的3维简化模型,并验证了有限元分析方法的适用范围。在此基础上,计算护套、半导电屏蔽层在不同相对磁导率、体积电导率条件下的感应电压值,分析了钢带铠装层对金属护套感应电压的影响。结果表明,当金属护套的体积电导率由105 S/m增大到107 S/m时,电缆金属护套感应电压约降低2.86%;而当屏蔽材料的体积电导率由104 S/m增大到105 S/m时,电缆金属护套感应电压约降低6.06%。当金属护套的相对磁导率由1增大到10时,电缆金属护套感应电压约升高48.48%;而当屏蔽材料的相对磁导率由1增大到10时,电缆金属护套感应电压约升高6.06%;与无铠装层电缆相比,装有金属铠装层电缆的金属护套感应电压增大了近100%。     

邻近金属管道埋地敷设时三相电力电缆产生的电磁影响计算及分析*

三相电缆与金属管道邻近敷设时,电缆会在邻近的金属管道上产生电磁耦合,对管道及工作人员的安全产生影响。为研究埋地电缆对金属管道电磁影响的特点,首先建立了单回电力电缆与金属管道的计算模型,通过将仿真结果与已有数据比较,证明了建模计算方法的有效性;其次分析了埋地金属管道感应电压的多种影响因素和影响规律;最后计算分析了实际的四回110 kV电力电缆与金属管道邻近敷设的电磁影响,对正常运行和单相短路接地时的人身和管道安全进行了评估。结果表明：电缆敷设方式、管道与电缆的并行长度和并行间距对管道感应电压影响较大;正常运行和单相短路情况下,同一因素对金属管道感应电压的影响不完全一致;合理设计埋地电力电缆线路路径可有效减小对邻近埋地金属管道的电磁影响。     

中低压电力电缆金属屏蔽接续状态带电测试技术

摘 要： 针对中低压电缆线路金属屏蔽连接不良缺陷传统需要线路停役、测试周期长且效率低的问题,提出从电缆金属屏蔽接地引线异频耦合测试电缆金属屏蔽感应电压和电流,利用电磁感应、欧姆定律构建联立方程计算电缆金属屏蔽回路或支路电阻,并通过电阻大小判断金属屏蔽连接状态,经实验室模拟测试发现在不改变原有接地状态,测试电缆金属屏蔽电阻参数与实际一致,单回路电缆线路受地网影响无法检测判别10Ω电阻以下的电缆金属屏蔽连接状态,双回路及以上电缆线路检测不易受地网影响,可通过回路电阻、支路电阻与理论值比较,或支路电阻互比判断电缆金属屏蔽的连接状态,检测技术经工程应用,验证了采用异频法带电检测金属屏蔽电阻判断中低压电缆金属屏蔽连接状态的方法有效可行。     

多回路电缆布置优化的研究

为降低城市多回路电缆平行敷设工程的造价,可采用改变各回路电缆相序的方式来降低电缆金属护层上的感应电压。为此,通过感应电压计算和矢量分析法,分析了多回路高压电缆线路变化布置方式对电缆金属护层感应电压的影响,结果表明:减小同一回路三相电缆的相间距离或增大不同回路电缆之间的回路距离,可以降低多回路平行敷设电缆金属护层的感应电压值;多回路电缆线路的布置中,不同的相序排列组合对电缆金属护层的感应电压值有明显影响。因此,在敷设多回路电缆时,应兼顾有利于电缆散热和降低电缆金属护层感应电压值两方面,确定电缆之间的距离。     

双回路电缆-架空线混合线路感应电压电流计算

双回路同沟电缆-同塔架空线混合线路感应电压和感应电流的计算是检修时接地刀闸选型的关键。电缆回路间感应电压电流的计算不同于架空线路。电缆金属护套对线芯具有静电屏蔽作用,根据护套接地方式不同其对线芯也具有不同的电磁屏蔽效果。文中针对220 kV双回路电缆-架空线混合线路开展运行线路对检修线路的电磁感应研究。首先根据电磁耦合推导出混合线路的感应电压、电流计算公式。其次仿真计算分析,分别研究混合线路中电缆段长度占比的变化对感应电压电流的影响;电缆护套单端接地、双端接地以及交叉互联两端接地3种接地方式对于感应电流的影响;接地刀闸等效接地电阻对于感应电流的影响。结果可为混合线路接地刀闸选型提供理论计算参考。     

35kV单芯电力电缆金属屏蔽层交叉互联接地错误的分析与处理

交流系统单芯电力电缆在运行中金属屏蔽层会产生感应电压。为了人员安全和电缆的正常运行,一般通过直接接地、交叉互联接地等方法限制电缆金属屏蔽层的感应电压在允许范围内,但在施工过程中,往往由于某些原因会导致交叉互联出现错误,使金属屏蔽层感应电压不能得到有效限制,从而引发电缆烧毁和电击伤人等事故。本文以一35kV单芯电力电缆金属屏蔽层交叉互联接地错误实例进行分析,并对交叉互联接地错误采取补救措施。     

一起35kV电力电缆输电线路跳闸原因分析

通过对一起单芯电力电缆线路敷设不规范造成线路保护跳闸事故的原因分析,提出单芯电力电缆的不同排列方式对电缆阻抗、电缆屏蔽层感应电压和电缆线路零序电流的影响,并制定了整改措施。     

铁路10kV电力电缆屏蔽层感应电压计算分析

为了将铁路10kV电力电缆屏蔽层感应电压控制在合理的范围内,根据电气化铁路供电系统的特点,采用ATPdraw软件仿真和理论分析的方法,仿真计算电气化铁路供电系统(即牵引供电系统和电力电缆供电系统)对电力电缆屏蔽层感应电压的影响,分类讨论在不同输电线路长度下基于屏蔽层感应电压的电力电缆屏蔽层接地方式选择。仿真计算结果表明,通过改变牵引供电电流相位、幅值以及调整电缆间距可以有效地降低电力电缆屏蔽层感应电压。同时给出了在三种接地方式下,当牵引供电电流相位改变时,电力电缆最大敷设长度与电缆间距的关系。     

交直流电缆混合敷设的基频电磁感应特性计算与分析

为制定针对性的感应电压/电流抑制措施,开展了交直流电缆混合敷设情况下直流电缆基频感应电压和电流的理论计算和特性分析。基于模块化多电平换流器(modular-multilevel-converter, MMC)结构和工作原理,得出了换流器基频阻抗计算方法。结合交直流电缆混敷时基频感应电压的计算,给出了基频感应电流的理论计算式。分析了各种电缆敷设方式下电缆间耦合距离、直流电缆金属护套接地方式以及直流电缆交叉换位等对电磁感应特性的影响规律,采用对称分量法计算了交流系统多种暂态过程中的基频感应电压。建立了MMC交直流电缆混合敷设的PSCAD/EMTDC仿真模型,稳态和暂态下基频感应特性误差分别不超过7%和9.6%,验证了所提出基频感应特性理论计算的有效性和电磁感应特性影响分析的正确性。仿真结果还表明,减小金属护套接地电阻和提高护套材料磁导率可有效增强其对电磁感应的屏蔽效果,直流电缆交叉换位敷设时可降低交流电缆的电磁感应。     

单芯电缆接地方式选择以及预防金属屏蔽层多点接地的办法

通过对35 kV单芯电缆金属屏蔽层感应电压的理论计算与现场实测,提出了大型企业35 kV单芯电缆金属屏蔽层接地方式,结合现场运行经验提出了应对单芯电缆金属屏蔽层发生多点接地的措施。     

运行中单芯高压电缆金属护套感应电压规定值提升的意义及讨论

简述了线路运行中单芯高压电缆金属护套感应电压规定值在国内外有所不同及变化情况,指出了修改后的国家标准GB50217—2007《电力工程电缆设计规范》,将原规定的100V提升到300V后的积极意义,以及由此引起的相关问题的讨论。     

Interference of nonlinear ferromagnetic pipeline on magnetic fieldproduced by power lines

The investigation of the magnetic field produced by power lines has drawn a lot of attention from researchers. Since sharing space by buried power lines and pipelines has become commonplace, it is of interest to investigate the influence of the pipeline. In this paper, we study the change of the magnetic field produced by buried cables, due to an additional steel pipe nearby. A Fourier series technique is used to calculate the magnetic field. An iterative procedure is employed to handle the nonlinear characteristics of the steel pipe and to determine the varying permeability in it. The calculated results of the magnetic field are compared with those produced by buried cables without the additional pipe. The comparison shows that the steel pipe close to buried cables may significantly alter the magnetic field     

基于瞬变电磁法的传感器设计及仿真研究

针对瞬变电磁检测技术探头开展研究。首先介绍了瞬变电磁技术原理,分析目前几种聚焦探头的优缺点,然后根据设计要求提出一种新型瞬变电磁聚焦探头结构,解决瞬变电磁探头不聚焦,能量小及设备笨重等缺点,最后通过有限元仿真验证新型聚焦探头的聚焦效果,并与传统线圈仿真结果进行对比。结果表明,新型聚焦探头使磁场的主要能量聚焦在半径小于0.3 m,比传统线圈磁场分布缩小了40%,磁感应强度B=1.499 8×10-5,比传统线圈感应强度提高了19.3%,且聚焦探头比传统线圈的磁感应强度分布梯度较大。为瞬变电磁技术探头优化设计及精确测量金属管道腐蚀量提供了有效的参考价值,也为该技术在压力管道和热力管道的扩展应用提供了依据。     

Mathematical modeling of nonstationary processes of heat and mass transfer in a rectangular cable channel

This work is devoted to solving the problem of heat and mass transfer in a rectangular cable channel laid in the earth mass, taking into account the electric and magnetic dynamics processes in the metal elements of the power cable. The current load of power cables depends on the temperature field in the cable construction, which in turn the following factors influence: the conditions of heat transfer, thermal characteristics of the materials used, the induced currents in a metal screen of power cables, etc. The proposed mathematical model of the processes of complex heat and mass transfer is based on the laws of conservation of mass, momentum, and energy. For the electrodynamics problem, equations of current density and a magnetic potential vector based on Maxwell equations are used. The problem was solved numerically under conditions of natural convection with taking into account the radiant energy by the finite element method in the Ansys Fluent software package. As a result, the power of heat losses in the metal structural elements of the power cable and the velocity and temperature fields in the cable channel were calculated. The temperature fields in the cable channel are presented and analyzed depending on the location of power cables. The different operating modes of the cable line are discussed. To analyze the heat processes in the cable channel, the nonstationary problem defining the heating time of cable lines to the limit values is solved. The heating curves of the cable lines operating in unsteady mode are obtained. The maximum operating time of the cable line in an overload and short circuit is determined.     

蒸汽管道汽锤分析研究

采用数模试验的方法对火力发电厂主要蒸汽管道汽锤的影响因素和影响程度进行分析,得出汽锤力与阀门动作时间、管道规格、机组容量、机组参数等影响因素的关系,并分析了汽锤对不同蒸汽管道的影响及动态荷载的工况组合,提出了控制动态荷载危害的措施。     

场强的提高对局部放电测试的影响

局部放电 (PD)是检测 XL PE电缆缺陷的一种重要手段 ,缺陷会造成电缆的局部场强的不均匀 ,在施加外部电压后引起局部放电的现象。本文提出 :在 XL PE电缆承受耐压的过程中 ,采用提高场强的方法 ,能更有效地发现 PD缺陷 ,从而降低 XL PE电缆在运行中的击穿事故。     

A study on improving shielding performance of shielded cable

With the developments in power electronics equipment, the electromagnetic environment has become severe for electronic equipment. In the smart facility field, the stable operation of electronic devices is indispensable, and noise countermeasures must be improved. To suppress intrusive noise from cables, shielded cables are used in many cases. However, electromagnetic induction cannot be suppressed when the shield is grounded at one end, and when grounding both ends of the shield, current flows through the shield creating intrusive noise in the cable. That is, even if a shielded cable is used, a sufficient effect cannot be obtained. Therefore, as a countermeasure, this study prototypes and evaluates cables that combine double shielded cables with magnetic cores. Evaluations conducted using the copper pipe method, triaxial method, and impulse test confirm that the shielded performance improved by 10–30 dB compared with the conventional shielded cable.     

隧道敷设交流电缆线路的工频磁场特性

城市地下电缆线路对环境及民众的电磁影响在近年引起广泛关注。利用二维有限元磁场分析方法,对典型电缆隧道建模,计算隧道内、外部环境中的工频磁场,研究其空间分布规律,并讨论相关因素的影响。研究发现,随着电缆回路数的增加、敷设密集程度加剧、负载电流增大,隧道内外部的工频磁场增加;与电缆线路之间的距离是决定工频磁场大小的关键要素;磁性支架中容易积聚较大的磁场,降低电缆的经济性及安全性。对几个实际电缆隧道中的工频磁场进行了现场测量,所得数据与仿真计算值吻合较好。计算和测量所涉及的电缆隧道在人行步道及地表所产生的工频磁场强度水平均在标准规定的曝露安全限值以内。     

直流接地极的地电流对埋地金属管道腐蚀影响分析

当直流接地极单极运行且附近埋设有金属管道时,会有部分地电流通过埋地金属管道散流,造成金属管道的电化腐蚀。首先从理论上分析了接地极附近埋地管道的腐蚀原理,得出了管道上的电位分布会影响管道的腐蚀程度。然后,通过建立模型,仿真分析了接地极型式、管道的埋设深度及土层电阻率对埋地金属管道上电位分布的影响。最后,总结了上述三个因素对金属管道腐蚀程度的影响规律。