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。     

夹具对高压绝缘电缆热学特性影响的有限元分析

夹具是已敷设高压绝缘电缆线路中的必备组件,为了获得夹具对缆体热学特性的影响,以典型220kV交流单芯交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆为对象进行电热耦合有限元分析。按照国内某市电缆的实际敷设情况,建立电缆在五种不同材料夹具下的二维和三维电热耦合有限元模型,通过稳态和暂态热力学计算,获得电缆在不同夹具下的载流量和热时间常数;通过计算不同夹具材料和间隔下的电缆温度,得到导体温度在径向和轴向的分布规律,并获得夹具材料和间隔距离与电缆导体温度的关系函数。结果表明,夹具的材料和间隔距离对电缆的载流量和热时间常数都有影响,夹具的热导率和间隔距离都存在一个临界值,在该值两侧导体温度变化存在较大差异。该文研究可为电缆的施工和运维提供理论和数据支持。     

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。     

三芯电缆实时导体温度实时解析与计算方法

针对目前难以直接测量运行电缆导体温度的问题,将10 kV三芯电缆热路简化为只含一个等效热容和一个等效热阻的暂态热路,利用一阶热路的响应实现电缆实时导体温度的解析计算;同时,在试验场进行了阶跃电流试验和周期负荷载流量试验,测量电缆导体温度和外皮温度.根据测量的电缆外皮温度和加载的负荷电流计算出试验电缆的实时导体温度,对比发现导体温度的实时计算值与测量值吻合度较高,验证了该计算方法的正确性.该解析计算方法易于实现、计算准确,不仅可用于计算常用敷设方式下不同回路三芯电缆实时导体温度,还可根据电缆当前运行状态适当调整负荷电流,在保证安全的前提下提高现有电缆线路的输电能力.     

智能配电系统电缆导体温度推算与应急能力评估

在电缆暂态热路模型的基础上,运用连续系统离散化处理方法,建立一种电缆导体温度实时推算方法:依据输入的负荷电流和电缆外表面温度数据,实时推算电缆导体温度。给出了一种载流量动态应急评估方法:将阶跃电流作用下的电缆暂态温升分为稳态部分和4个热时间常数不等的暂态分量。利用数据拟合的方法确定各温升暂态分量的参数,得到阶跃温升表达式。依据该表达式即可进行电缆线路应急能力评估,即评估不同情况下导体温度达到稳定限额所需的应急时间。通过实验验证了所提方法的准确性和可行性,并进行了简单的定量和误差分析。     

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。     

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。     

电力电缆周期性负荷载流量计算方法综述

介绍了电力电缆周期性载流量计算解析法的发展历程,并根据电缆的敷设方式、运行条件、周围环境的不同,对周期性负荷因数计算进行了分类概述。由于阶跃函数电流持续时间长短不同,因此分别建立长时及短时电缆绝缘暂态热路模型,对高压电缆本体暂态温升进行了研究;并对电缆表面至外界环境温升与敷设条件的关系进行了分析;最后对不同运行状态下电力电缆周期性负荷因数的影响因素进行了分类与定性分析;同时还指出了周期性载流量计算的不足之处,并针对实际问题提出了建议。     

XLPE三芯电缆稳态并联热路模型及实验验证

交联聚乙烯材料的三芯电缆广泛应用于低压配电网中,但长期以来,关于电缆载流量计算的研究多集中于单芯电缆。考虑到三芯电缆与单芯电缆的结构差异,在IEC 60287标准计算的基础上,利用传热学知识,理论推导了三芯电缆并联结构的6层4节点稳态热路模型。采用形状因子法计算热阻参数,利用外表皮温度反推计算得到电缆各层温度。为了验证计算的准确性,设计了空气敷设和土壤敷设两种敷设方式下的升流实验,测量得到稳态时导体线芯、绝缘层、铠装层和外表皮温度,并与理论温度计算值进行了比较分析。分析结果表明,利用提出的热路模型进行三芯电缆载流量计算的误差在允许范围内,可应用于工程实际。     

高压单芯电缆铝护套下热阻的动态特性与实验研究

为了掌握电缆铝护套至导体热阻随温度变化的规律,提出了电缆铝护套至导体热阻的模型,通过高压单芯电缆阶跃电流温升实验,得到电缆各层在不同稳态下的温度分布,并根据热阻定义,推导电缆各层在不同温度下的热阻值及其随温度变化的规律。结果表明:电缆铝护套至导体热阻随温度的升高而降低,递减速率随温度的升高而变缓,并趋于稳定;单位长度电缆的绝缘层热阻和铝护套至导体热阻分别趋近于0.50 K.m/W和0.55K.m/W,其值比IEC 60287标准计算值分别小0.054 7K.m/W和0.077 1K.m/W;求得铝护套至导体热阻率为3.070K.m/W,比标准值小0.43K.m/W;气隙层热阻值为空气强制对流热阻值和接触热阻值并联之和,其值比标准值小1个数量级。     

500 kV充油海底电缆导体温度分布式光纤传感监测及应用

依据海南联网系统500 kV海底电缆捆绑特殊海底光缆的实际情况,通过分布式光纤传感技术结合经有限元仿真模型优化的IEC60287热路模型的方法可以监测海底电缆内部的温度分布。在实验室中搭建岸上模拟实验平台,利用中压电缆捆绑光纤的结构进行捆绑电缆岸上模拟实验。同时,将经验证的温度监测方法应用于海南联网系统500 kV海底电缆,以C相空气段为例监测捆绑电缆光单元的温度。采用有限元仿真计算电缆表面的温度,根据电缆表面的温度基于热路模型推导出对应的导体温度,得到电缆导体在实际运行过程中的温度变化。岸上模拟实验测量的导体温度与数值计算得到导体温度的误差低于1.77%, 验证了海底电缆导体温度监测方法的准确性。     

XLPE电缆线芯温度计算方法研究

为实时掌握交联聚乙烯(XLPE)配电电缆的运行状态及其载流量,对电缆线芯温度的计算方法进行了研究。针对配电电缆敷设距离较短的特点建立了单芯电缆集中参数稳态等效热路模型,并推导出线芯温度计算公式,通过实验验证了计算方法的有效性,同时对考虑暂态过程的电缆线芯温度计算方法进行了讨论,为电缆运行状态的在线监测提供了参考。     

基于暂态热路模型及反演算法的电缆接头导体温度监测

对电缆接头温度进行实时监测对于预防电缆接头的热致事故是十分重要的,但传统的基于精确热网络模型的温度反演算法实现难度非常大。建立了计入电缆接头分布式热容的暂态热路模型,并据此推导出电缆接头导体温度反演算法。同时,利用仿真软件模拟各种负荷状态下电缆接头温度的变化,为电缆接头温度反演算法的研究提供技术手段。通过实验室模拟,证实了所提出的监测方法的有效性。     

基于材料导热系数的单芯高压电缆导体温度动态分析

电缆导体温度是电缆安全运行的重要参数,基于110 kV交联聚乙烯单芯电缆的稳态等效热路,运用节点法从理论上推导了稳态下电缆导体温度与各层结构材料的导热系数的关系式,利用归一化灵敏度原理分析了导体温度对电缆各层结构材料的导热系数改变的灵敏程度,并设计了阶跃电流温升试验。理论推导和分析试验数据得到:稳态时,电缆导体温度对各层结构材料导热系数的灵敏度与材料的导热系数成反比;稳态时电缆导体温度计算值对气隙层、绝缘层导热系数灵敏,而对垫层、外护套导热系数不灵敏。由此可为实现电缆导体温度和载流量的准确计算,如何准确选取电缆的物性参数提供参考。     

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。     

三芯海底电缆中复合光纤与导体温度关系建模

三芯光纤复合海底电缆中光纤以内填充层热阻的准确计算是建立光纤与导体温度关系的关键和难点。本文在建立三芯海缆热路模型的基础上,根据虚拟热源和镜像法,利用光纤温度计算出填充层外径处温度,进而计算出铠装层外径处温度;根据傅氏传热学原理计算出光纤处等温面至铠装层外径处等温面的热阻;利用形状因子法计算出填充层内径至铠装层外径的总热阻,再减去光纤处等温面至铠装层外径处等温面的热阻,得到光纤以内填充层的热阻;根据热路模型建立了光纤与导体的温度关系方程,并用有限元求解结果验证了方程的正确性。结果表明,三芯海缆的光纤与导体温度呈线性关系,导体温度每上升1.15℃,光纤温度上升1℃;相同导体温度下,环境温度每上升7.7℃,光纤温度上升1℃。根据光纤温度和环境温度可计算出导体温度,作为三芯海缆导体温度监测和载流量计算的理论依据。     

电力电缆运行过程中的热机械性能变化

电力电缆载荷工作时, 处于一定温度, 具有热胀冷缩和塑性变形性能, 因此将产生热机械性能变化, 主要表现为热伸缩和热应力变化, 这严重危害电缆及附件的安全运行。通过对导体与绝缘材料的轴向热伸缩变化和热应力的计算, 研究了热机械性能变化对电缆使用和敷设过程的影响, 简述了电缆及附件在设计、生产及敷设时需采取的措施。     

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。