电缆沟敷设方式下电缆载流量计算及其影响因素分析

根据传热学的基本原理,利用有限单元自动划分法,建立了一种基于有限元法的电缆载流量计算模型,能按照实际敷设情况的变化对模型参数进行修改。根据电缆的结构参数和周围敷设区域的物性参数分析了电缆沟中电缆区域温度场分布情况,并提出基于二分法计算电缆载流量的方法。对比分析结果表明,相对于IEC60287中的热路法,该模型不仅计算结果准确,而且能更方便地考虑外界环境因素对电缆载流量的影响。通过实例仿真得出不同影响因素对电缆温度场分布的影响规律,并验证了该模型的准确性和可靠性。     

电缆沟敷设方式下电缆温度场计算模型

针对电缆沟敷设方式下电力电缆的广泛应用以及传统方法载流量计算参数较难确定的不足,根据传热学的基本原理,利用有限单元自动划分法,建立了一种基于有限元法的电缆载流量计算模型,能够按照实际敷设情况的变化对模型参数进行修改。根据电缆的结构参数和周围敷设区域的物性参数分析了电缆沟中电缆区域温度场分布情况,并提出了一种基于二分法来计算电缆载流量的方法。可为优化电缆敷设方案提供理论依据。     

隧道敷设条件下超高压电力电缆热-流场耦合分析

电缆载流量是电力电缆运行中的重要参数。为给敷设于隧道中的超高压电缆运行提供参考,本文根据实际电缆隧道结构和内部电缆排布方式,运用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立电缆隧道三维几何模型,进行温度场和流体场的耦合仿真计算。采用有限元分析法,对不同运行方式和环境条件下的温度场和流体场分布规律进行分析,计算隧道敷设超高压电力电缆载流量。研究表明：最高温度出现在电缆导体处,温度沿着电缆径向逐渐降低,出口截面处的温度和风速相对入口截面处有所增大;随着电流负载的增加,电缆发热对周围环境温度的影响也随之增加;双回路和四回路敷设时电缆的稳态载流量高于八回路敷设时的电缆稳态载流量;电缆表面温度随着通风速率的增加而逐渐减小。     

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。     

穿过不利散热区域排管电力电缆的三维热路模型分析计算

目的当整条电缆线路被敷设时,由于环境的变化引起部分电缆段热阻高于周围环境介质的区域,导致处于此区电缆段导体温度也高于线路中剩余缆段,从而影响整条电缆的载流量下降。方法根据电缆周围环境介质热特性不同,分析穿过不利散热区时的电缆同时产生径向和轴向热流,利用调和平均法对电缆薄层处理,从而建立和简化不利散热区的三维离散热路模型,修正外热阻计算参数;基于IEC60287电缆载流量计算的基础上,迭代计算三维热场中电缆的稳态载流量。结果通过对单回路三根型号YJV8.7/10k V 1×300电缆的仿真计算,得到电缆轴向导体温度分布曲线和两个温度区域的排管敷设交联聚乙烯电缆的载流量。结果显示电缆稳态时载流量降低达40%以上。结论穿过不利散热区的电缆轴向温度和载流量的计算分析,为电力部门相关工作人员确定电缆载流量提供了参考数据。     

高压电缆实时导体温度计算与载流量预测探究

电缆导体的实时温度是电缆是否达到载流量的判断依据。为了计算电缆的温度场,相关研究人员采用过数值分析、解析计算、试验和温度在线监测等方法。本文在构建电缆动态热路模型的基础上,结合敷设环境等条件,借助Matlab软件求得动态热路微分方程组的数值解,得到电缆温度场的实时分布情况,并预测出不同条件下电缆的可承受载流量。根据该方法也可以得到在施加阶跃电流作用下的电缆温度场的实时分布情况,并且可以计算出导体达到指定温度所需要的时间。分析结果表明,本文采用的方法不仅可以计算电缆的实时温度场和可承受载流量,还能够合理推算导体温升的时间,对相关工程实践有重要的参考意义。     

排管敷设电缆群暂态温度场和短时载流量数值计算

地下排管敷设已经成为电缆敷设的主要形式,准确计算地下排管敷设电缆群的暂态温度场和短时载流量对合理调配电缆线路短时负荷具有重要的意义.为此,利用有限差分法将地下排管敷设电缆群暂态温度场计算过程分为离散的时间步,在每一个时间步内,利用有限元法计算地下排管敷设电缆群的温度场分布,最后给出了整个时间域内地下排管敷设电缆群的温度...     

电缆群排管敷设形式下的分流运行优化方法

夏季地下排管电缆聚集运行温度异常,电缆温度过高会加速电缆绝缘材料的老化,热量累积到一定程度,还可能引起起火事故。为降低地下排管中电缆运行温度,提出了电缆群排管敷设形式的优化方法。基于有限元法计算地下排管中电缆群运行温度场,建立了电缆群敷设形式优化计算模型。以电缆群中最高温电缆的温度降到最低为目标函数,电缆群中总载流量不变为约束条件,对电缆群中温度较高的电缆进行分流优化计算。通过Comsol Multiphysics软件仿真计算的结果可见,与未优化之前相比,采用优化方法后排管中最高温电缆的导体芯温度降低了约11%,电缆群最大温差降低了3.6℃,增加了电缆群温度场分布的均匀度,优化效果显著。     

地下电缆载流量评估影响因素数值分析

利用有限元法对影响地下电缆温度场分布的地表空气温度、电缆埋地深度、土壤热阻系数、有无回填土、电缆排列方式、电缆接地方式等因素进行了分析,利用弦截法计算地下电缆群载流量,给出电缆载流量随各项参数变化的关系,为根据实际环境和敷设条件选择合适的电缆载流量提供依据。     

220 kV交联海缆的低频载流能力及温度场分布仿真研究

柔性低频输电系统在提升输电容量、减小线路充电无功、改善输电通道末端电压质量等方面具有优越性，可以有效满足中、远距离海上风电高效汇集送出等迫切需求。为研究海底电缆在低频条件下的运行特性，本文搭建了考虑外界敷设环境影响下的220 kV交联聚乙烯电-磁-热-流多物理场耦合有限元仿真模型，分析了不同敷设段中50 Hz和20 Hz频率下运行的海底电缆稳态载流量和温度场分布情况，并基于IEC 60287:1995建立的海底电缆稳态热路模型和低频海缆发热仿真的典型案例，对有限元仿真进行验证。结果表明：在陆地段、入海段和海底段等不同敷设环境下，仿真模型的载流量和温度场分布计算结果与IEC解析公式的相对误差都在3%以内，表明本文提出的220 kV交联电缆温度场仿真模型具有较好的准确性和有效性；频率降低可以减小线芯交流电阻值、改善电缆导体中的电流分布、减小电缆各部分的运行损耗，从而降低电缆的整体运行温度，有利提升电缆的传输容量。     

材料热阻系数取值对10kV三芯电缆导体温度计算的影响

为了在10 kV三芯电缆导体温度实时计算中规范材料热阻系数的取值,通过三芯电缆导体至表面的传热关系进行三芯电缆各层结构材料热阻系数归一化灵敏度计算,分析各层结构材料热阻系数取值准确度对导体温度的不同影响。以计算结果为基础,设计在不同敷设环境下的多组阶跃升流实验;结合实验数据,利用ANSYS有限元进行不同变量情况下的导体温度变化仿真分析。结果表明,导体温度对填充层及内护套材料热阻系数灵敏度最为敏感,灵敏度会随导体电流增大而增大;空气敷设下的灵敏度高于土壤敷设。     

复杂环境中海底电缆温度场及载流量模型研究

载流量是海底电缆运行调度的重要参数,受最高允许工作温度所制约,建立考虑复杂海洋环境中洋流影响的海底电缆温度场及载流量模型具有重要意义。针对传统解析法计算复杂、仅适用于特定敷设环境等问题,根据电 热 流多场耦合理论,基于有限元分析技术分别建立了埋设和铺设两种敷设方式下的高压三芯交联聚乙烯(XLPE)海底电缆温度场及载流量分析模型,并研究了洋流流速及温度对海缆载流量的影响。研究结果表明,所建模型与传统解析法相对误差在5%以内;相同环境因素下,铺设海缆稳态载流量比埋设高出200~330 A不等,且两者变化率在低流速时更灵敏,但不受洋流温度所影响;此外,短时应急载流量允许运行时间与其大小及初始缆芯温度成反比关系。     

有限元法对电力电缆载流量影响因素的分析

地下电缆的载流量是决定电缆输送能力的一个重要参数,提高地下电缆的输送能力,对电缆的载流量和温度场进行准确分析具有重要意义。为此,利用有限元法对影响电力电缆载流量的空气温度、土壤温度、土壤热阻系数、电缆布置间距等因素进行分析,计算电力电缆的载流量并分析其与各项参数变化的关系,为工程在线分析提供参考依据。     

考虑轴向传热的单芯电缆线芯温度实时计算模型研究

为了研究轴向传热对电缆线芯温度的影响,首先以单芯电缆的三维微元热路模型为基础,建立了考虑单芯电缆轴向与径向传热的三维热路模型,且根据该三维热路模型实现了单芯电缆线芯温度实时计算的理论推导。其次,通过不同敷设环境下分别加载恒定与阶跃电流的实验,讨论了电流、电缆敷设环境与外界环境温度等因素对轴向、径向温度分布的影响。实验结果表明,电流是决定轴向温度梯度变化趋势的主要因素,空气中电缆的线芯温度上升速度最快,土壤中电缆次之,水中电缆最慢。最后通过有限元仿真工具,对比了空气中电缆中间接头三维有限元模型与二维有限元模型计算的线芯温度。研究结果表明,只考虑电缆径向传热的二维热路模型会造成线芯温度计算的误差,而考虑电缆轴向与径向传热的三维热路模型能够提高计算的精度。     

基于有限元温度场仿真的排管敷设电缆及新增电缆的位置优化

电缆排管敷设设计之初就考虑到了通过增加电缆回路满足后期增容要求。电缆原始及新增位置不同时,断面温度场和载流量也不同,故有必要对电缆原始及新增位置进行优化。以3×4排管敷设配电电缆为例,建立温度场有限元模型,对比温升试验与有限元计算结果,验证了有限元模型的有效性;基于该模型,在各回路加载相同电流前提下,以发热最严重电缆线芯温度最低为依据,对原始6回路及新增1回路进行位置优化。仿真研究表明,电缆分布越分散温度场分布越均匀,发热最严重电缆线芯温度越低;最优新增电缆位置与原电缆位置有关,因而建议在电缆位置优化时应考虑后期电缆回路的增加。     

变电站电缆通道多参量采集和预警技术研究

针对变电站电缆通道数量的不断增加,电缆分布众多,某条线路的故障会带来极大的安全隐患。文中提出一种变电站电缆通道多参量采集和预警系统的设计方案,重点研究电力电缆的温度场和载流量。通过有限元分析软件,建立了10 kV单芯电缆四回路标准敷设电缆沟的几何模型,并采用割线法计算稳态载流量。通过实验分析了不同工况下的温度场和载流量。结果表明,对于在线电缆温度监测,只需要对温度最高的电缆进行监测,电缆铺设密度过高会导致电缆的载流量下降。该研究为中国变电站电缆通道多参量采集和预警技术的发展提供一定的参考和借鉴。     

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。     

220kV单芯交流电缆蛇形敷设下热机械效应有限元分析

为了获取蛇形敷设下220 kV单芯交流电缆发生热机械效应后的受力情况,利用有限元分析方法进行了建模和仿真。根据现场工况和电缆结构特点建立了相邻两个夹具之间的电缆二维模型,利用热机械耦合法分析了电缆在额定载流量下的温度分布和应力分布,并从数值上分析了不同位置处的应力情况。结果表明,电缆中间自由段部分的应力明显小于两端,铜导体和铝护套在端部的应力超过了它们的屈服强度,容易发生危险。此研究可为实际敷设和日常巡检提供理论和数据参考。