送电区段内典型敷设方式下海缆载流量模型分析

海上送电线路中不同段敷设方式的差异性会对海缆载流量造成较大影响，因此从送电区段角度出发研究段内典型敷设方式下的载流量具有重要意义。本文建立了±160 kV直流输电工程送出海缆线路中登陆段、海底段的海缆电-热-流耦合模型，基于有限元用控制变量法研究了登陆段中海缆敷设于电缆沟底部和角钢支架、海底段中铺设和直埋4种典型敷设方式下的空气域尺寸、角钢支架放置位置、海水温度和流速及土壤温度对海缆稳态载流量的影响。结果表明：海缆敷设于电缆沟底部时受空气域尺寸的影响较大，增大对流散热面积可有效提高海缆稳态载流量；计算敷设于角钢支架上的海缆载流量要考虑到支架与沟内壁形成的半封闭区域，埋设于深度浅的支架时海缆的温度更低，载流量更大；在海底段，铺设时海缆温度跟随海水温度的升降发生同向变化，与海水流速增减趋势相反；土壤温度的升高造成埋设海缆载流量降低；登陆段为载流量计算的瓶颈段，电缆沟底部敷设可采用充水电缆沟有效提升载流量；敷设在支架上时加装冷却水管可使其载流量达到工程要求。     

高压直流海缆选型及防护

以实际海缆工程设计为例,首先,通过对直流电缆绝缘材料分析以及电缆载流量的计算,确定高压直流海缆的型号;其次,通过对直流海缆与通信电缆临近情况分析,计算得出直流海缆与通信电缆并行敷设时安全距离以及交叉时直流海缆与通信电缆交叉角度控制;最后,详细给出了海缆与管线交越及不良地质处敷设保护性措施的两种方案,综合其优缺点,采用了保护套管保护的方案。     

典型敷设环境下超高压交流XLPE海底电缆载流量分析

超高压海底电缆线路跨度大,运行环境复杂多变,不同敷设环境下海底电缆的输送容量也不尽相同,有必要对典型敷设环境下超高压海缆输送载流量进行具体分析。文中基于IEC 60287标准建立考虑外界敷设环境影响下的500 kV交流XLPE超高压海底电缆的稳态热路模型,对不同敷设段、不同敷设方式、不同环境温度以及不同埋设深度对海缆载流量的影响规律进行分析,并建立超高压海底电缆磁-热-流多物理场耦合有限元仿真模型对稳态热路模型计算结果进行验证。结果表明：海缆登陆段为整条线路的载流量瓶颈段,当登陆段海缆采用管道敷设时,其载流量要比采用土壤直埋敷设时的载流量降低约150 A。海缆载流量随着外界温度的升高以及土壤埋设深度的增加而逐渐降低。有限元计算结果验证了文中所建立的热路模型计算结果的准确性。     

高压交联聚乙烯绝缘海底电缆载流量分析

通过对海缆结构、材料、敷设方式和负荷特性等的阐述,综合分析了这些因素对海缆载流量的影响。以川岛联网工程海缆敷设为实例,提出满足系统输送容量要求的优化设计计算。     

不同敷设环境下高压直流海缆的温度场分析

采用专业有限元软件COMSOL Multiphysics建立了单芯直流海缆陆地段、滩涂段以及海床段的海缆温度场模型,并对海缆导体温度进行仿真计算。通过将仿真结果与IEC60287解析算法结果进行比对,验证了有限元算法应用于工程实际的有效性,并得出直埋敷设下直流海缆载流量的瓶颈段为陆地段的结论。最后利用有限元法分析了海缆埋地深度、双极间距、地表空气温度以及对流换热系数等因素对直埋海缆温度场分布的影响。     

高压直流海底电缆电–热–流多物理场耦合仿真

高压直流电缆运行时径向温度和电场分布是反映其运行状态的重要参数,考虑流场的海底电缆电热耦合规律研究具有重要意义。依据南澳直流工程±160 kV高压直流海底电缆,利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,建立了海缆本体及其敷设环境的3维电–热–流耦合模型,以控制变量法研究了铺设和埋设2种敷设方式下海缆载流量、海水温度和海水流速对海缆径向温度和电场分布的影响。结果表明:载流量是海缆径向温度和电场分布的主要影响因素;在该模型下海缆导体温度和绝缘层温差与海水温度存在线性关系;很小的海水流速能显著降低海缆温度,因此提出静止海水散热的流速修正系数;海水流动有利于海缆散热,导致海缆温度分布发生变化,同时影响海缆绝缘材料电导率而导致电场分布发生改变。     

海底电缆抗拉性能数值分析

海底电缆在敷设、运行过程中,受外界因素的影响不可避免将受到拉伸荷载的作用.由于海缆结构复杂,不同结构层材料不同,各层之间力学性能差距较大,研究各结构层的力学性能对海缆正常运行至关重要.采用数值模拟软件建立海缆的拉伸有限元模型,模拟分析不同载荷下各结构层的力学性能,着重分析了铠装钢丝应力承载比例及应力分布,计算结果可为海...     

洋流作用下海底电缆稳定性研究

基于海底管道静态稳定性分析方法,对各电压等级下常用截面海底电缆在海床上的静态稳定性进行计算,讨论了海缆本体参数、海底水流速度和海床介质摩擦系数等因素对海缆稳定性的影响作用,并根据计算分析结果提出了提高海底电缆静态稳定性的措施。     

基于电—热场耦合分析的高压大容量直流XLPE海缆绝缘结构研究北大核心CSCD

随着交联聚乙烯直流海缆向着高电压、大容量的方向发展,其在工程应用中也遇到了温度和电场两方面的挑战。文中结合±160 kV XLPE直流海缆建立了XLPE海缆的电场仿真模型和热路模型,对更高电压等级的XLPE直流海缆的结构特点进行了探讨。通过仿真发现,直流海缆绝缘层的厚度同时影响海缆的温度和场强分布,在对高电压、大容量海缆设计时需要综合考虑绝缘材料能承受的最大场强和最高温度,选取合适的绝缘层厚度。同时,通过仿真对比铜、铝导体电缆对电场、温度的影响发现,铜导体电缆运行温度较低,有利于电缆稳定运行,而铝导体海缆虽然体积更大,但其重量小,更有利于安装敷设。     

110kV单芯海缆的载流量计算、温度场仿真及其热循环试验研究

由于海底电力电缆独有的结构特性和复杂的敷设环境,其载流量一直是研究的难点。为了深入研究海底电缆的电热特性及其载流量,利用3种方法对典型海缆的载流量进行计算。分析了海底电缆特有的铅包层和铠装层损耗,引出热阻和载流量的计算方法。以型号HJQF41 64/110 k V 1×500的典型海缆为研究对象,对其不同敷设条件、不同环境温度下的载流量进行理论计算。基于有限元分析法,利用Comsol软件对该海缆的温度场进行仿真。设计岸滩环境下海缆热循环试验系统,对被试海缆样品进行载流量试验研究。证实了3种方法对海缆载流量研究的可行性,比较了各种方法的利弊,为海缆运营单位和科研机构提供了参考。     

无功配置对海上风电场输出海缆损耗的影响分析

基于海上风电场输电系统模型和海底电缆参数,分析了海上风电场无功补偿配置方法和海缆损耗的计算方法,建立了海上风电场输电系统简化模型,计算了不同规模、不同传输距离海上风电场采用两端补偿和陆上单端补偿两种方案时输出海缆导体损耗,得到了海缆导体损耗-风电场出力曲线。在风电场低出力水平及长距离传输时,两端补偿损耗更低,而在风电场高出力水平或短距离传输时,单端补偿损耗稍低一些。     

海上升压站选址优化研究

海上升压站选址对风电场投资成本起到关键作用。提出一种海上升压站最佳位置的确定方法。首先,根据海上风电场与陆上集控中心之间的最短距离,确定海上升压站离岸最近点。然后,根据各台风机位置坐标,通过重心法求取海上风电场的重心。随后,连接海上升压站离岸最近点与海上风电场重心,沿着其间直线移动,利用改进Prim算法确定海上风电场集电线路布局,求取增加的中压海缆距离和减少的高压海缆距离,并检验中压海缆电压压降。结合海缆成本和建设条件要求,寻求海上升压站的最佳站址。结果表明,所提出的方法简单可行,经济合理。     

海底交直流电缆输电系统经济性比较

针对海底电缆输电方式的选择问题,运用现金流折现模型,从经济层面对交流输电系统和直流输电系统进行比较。分别从设备投资成本、维护成本和损耗费用3个方面对海底交直流电缆输电系统的成本进行了探讨,给出了各部分成本的计算方法。以海底电缆连接海上风力发电场和内陆电网为基本模型,对不同输电距离下海底交直流电缆输电系统的经济性进行了比较,得到了不同输电距离下交直流系统的经济性比较结果。研究结果表明：当输电距离较短时,交流海缆输电系统经济性优于直流海缆输电系统;当输电距离大于临界值时,直流海缆输电系统比交流海缆输电系统更经济。     

配置高抗站的海上风电长距离海缆送出继电保护分析

目前中国长距离海上风电主要采用高压交流送出方式,并增设中端补偿高压电抗补偿站。为解决配置海上高抗站的海上风电长距离海缆送出相关保护配置问题,选取典型案例,分析继电保护配置方案与动作特性,对海缆范围故障保护可靠性进行研究,分析海上高抗取不同测点电压对电容电流补偿计算的影响,并通过仿真验证线路保护采集海上高抗侧电压计算差动补偿电流的必要性。仿真结果表明：当发生区内线路故障时,与采集高抗侧实际电压相比,取线路侧电压代替高抗电压对保护装置计算的补偿电流具有一定影响。为减少差动补偿电流计算误差,纵联差动保护应采集海上高抗站电压来计算差动补偿电流,再计算经补偿后的差动电流,实现对电容和电抗电流的修正。     

海底电缆谐波频段电气参数计算

随着海上风电的大规模开发,由海上风电接入电网引起的谐波问题越来越突出,迫切需要进行建模和分析,而在谐波频段对海底电缆进行建模是其中的一项重要工作.研究了海底电缆谐波频段电气参数的计算方法,为海底电缆建模提供了依据.首先给出了电缆电气参数的定义,然后总结了海底电缆电气参数的计算流程和计算公式,并对计算公式的适用性进行了论证,最后对3种典型海底电缆的电气参数进行了计算.结果表明,无论是电缆的正序参数还是零序参数,都会随频率有较大幅度的变化,在进行谐波分析时必须考虑电缆电气参数随频率变化的特性.     

长距离直流电缆对柔性直流系统故障影响分析

远距离海上风电越来越多地选择柔性直流经海缆送出的方式。采用电缆的柔性直流(voltage source con ver ter based high voltage direct current, VSC-HVDC)输电系统,其故障特性比传统架空线直流输电系统更加复杂。文中基于对称单极拓扑的双端VSC-HVDC海上风电送出工程,简化了电缆和VSC-HVDC输电系统的数学模型,分析换流变阀侧交流系统单相接地和直流电缆线路单极接地等典型故障下的故障特性,运用叠加原理对故障机理进行解释;根据不同故障类型的故障源等效出不同的故障回路,得到了长距离电缆显著的电容效应对VSC-HVDC系统故障特征的复杂影响;利用实时数字仿真平台,搭建远海风电送出系统硬件在环仿真模型,验证了故障机理解析分析的正确性。     

海上风电场黑启动系统的风柴协同控制策略

在风电平价上网政策的推动下中国海上风电场建设加速,未来大规模的海上风电场将会成为沿海地区局域电网的重要供电电源。当沿海局域电网发生大停电时,海上风电场若具备作为黑启动电源的能力将显著加快电网恢复过程。为启动沿岸无黑启动能力的火电机组,文中提出了利用海上风电场配置的小容量辅助柴油发电机作为支撑电源启动海上风电机组,后经主变压器和高压海底电缆向陆上火电机组供电的黑启动方案。为改善黑启动系统的频率调节能力以及在投入高压海底电缆时维持系统电压稳定,分别提出一种风柴协同调频控制和一种考虑柴油发电机功率极限的动态无功补偿控制,后者利用了风机网侧变流器(WGSC)作为静止无功发生器(SVG)运行。最后在PSCAD/EMTDC上依据实例搭建了海上风电场黑启动模型,验证了所提方案及策略的可行性和有效性。     

计及海底电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法

海上风电功率波动性较强,其外送海底电缆载流与温度变化的不同步性(热惯性)显著,短时载流潜力有待挖掘。对此,提出了计及电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法,在充分考虑电缆短时载流能力的情况下评估其可接纳的风电装机容量。基于海上风电功率及其变化速度的概率分布规律,提出风电功率时间序列模拟方法,而后结合交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆热平衡模型及寿命损失模型,以最大化海上风电装机容量为目标,以电缆设计使用期限内允许寿命损失为约束,建立海上风电装机容量决策模型,并提出启发式求解方法。仿真结果表明,该方法可显著提高海底电缆可接纳的风电装机容量,有助于提高海底电缆利用率以及海上风电外送工程的投资收益。     

±160 kV直流XLPE海底电缆载流特性仿真及试验

南澳岛±160 k V多端柔性直流输电工程在我国首次采用了高电压、大长度的挤包绝缘直流电缆系统,而目前在国内尚无此电压等级直流电缆工程的运行及维护经验,因此亟需对交联聚乙烯(XLPE)直流电缆的载流特性展开研究,从而为直流电缆线路运行限值的控制以及在线监测系统的定制提供技术支持。通过研究不同敷设环境下直流电缆的散热原理,采用专业有限元软件COMSOL Multiphysics建立了带保护套管埋地敷设方式下±160 k V直流XLPE海底电缆的温度场模型,用以模拟其温度分布和计算其载流量;通过在试验场地开展静态载流试验,对仿真模型的可靠性进行了验证;对试验结果进行讨论,分析得出了直流海缆的载流特性。