均匀流作用下海底电缆涡激振动的试验研究

文章在海洋环境水槽中利用缩尺模型开展了海底电缆在水流作用下的涡激振动试验,采集试验过程中模型的应变数据,分析得到模型的振动频率、响应幅值、模态特征等数据。根据试验数据,研究了海底电缆的位移与频谱分析、主模态、主响应频率与最大位移响应幅值特征,并分析了约化速度、悬空高度、悬跨长度等对涡激振动响应的影响。研究成果对海底电缆的工程建设、运行维护及安全防护具有指导意义。     

胜利海上油田海底电缆悬空损伤分析及保护装置设计

胜利海上油田海底电缆悬空损伤,是影响海上电网平稳运行的最大安全隐患,详细论证和分析了涌浪载荷作用受力和涡致振动,认为涡致振动是造成海缆悬空损伤破坏的主要原因。为避免海底电缆悬空损伤,设计新型海底电缆保护装置,经过环境载荷计算、涌浪受力和装置的强度分析,提出了新型海底电缆保护装置的规范要求,达到了保护海底电缆免受损伤的目的。     

110kV海底电缆不同敷设方式下载流量的对比分析

敷设方式是影响运行电缆允许载流量的主要因素,研究不同敷设方式下海底电缆的允许载流量,对海缆工程的设计及运行、海缆高效率输电有着重要的参考和指导意义。基于对一般海缆工程敷设环境的分析,总结了海底电缆五种不同的敷设方式,以珠海桂山海上风电场110 kV送出海缆工程的敷设环境和HYJQF41-F 110 kV 1×500 mm2的单芯海缆为例,利用IEC 60287标准计算不同敷设方式下的允许载流量,分析对比不同敷设方式对海底电缆载流量的影响,得出海底电缆允许载流量的瓶颈点为带金属保护管埋地的登陆段,对指导海底电缆的安全高效运行有参考意义。     

我国发展直流海底电力电缆的前景

例举世界重要的海底电缆工程,表明其中大部分为直流海底电缆工程。叙述直流输电特点,着重以不同类型的直流和交流海缆载流量计算,证明直流海底电缆在输电容量、输电损耗和电缆线路长度限制方面显著优于交流海底电缆。肯定了我国发展直流海底电缆的必要性。有些运行条件下直流海底电缆会是优先的方案,甚至是唯一的选择。提出以发展直流交联聚乙烯(XLPE)海底电缆作为主要目标,并在比较不同类型海缆绝缘中的空间电荷对电场分布和电气绝缘性能影响和深入研究空间电荷积聚、抑制和移去机理基础上,积极研发抑制空间电荷积聚的XLPE绝缘料,作为关键技术突破,用于开发直流XLPE绝缘海底电缆,推进我国直流海底电力电缆的技术发展。     

风致涡激振动作用下随桥电缆的疲劳寿命分析

桥梁的风致涡激振动是影响随桥电缆疲劳寿命的因素之一,采用有限元法对随桥电缆在风致涡激振动作用下的疲劳寿命进行分析。首先,建立桥梁的二维瞬态流-固耦合数值模型,采用动网格和用户自定义函数(UDF)技术实现桥梁的瞬态振动位移响应求解;其次,将桥梁的单位振动位移作为边界条件施加在电缆上,获取电缆在单位振动位移作用下静力学应力求解结果;最后,通过求解的应力结果与一个周期的桥梁振动位移时程构建应力时间历程,并基于材料的S-N曲线和Miner线性累积损伤理论获取电缆的疲劳寿命。结果表明：在风致涡激振动作用下,作用在随桥电缆上的作用力近似为对称等幅循环载荷;电缆的疲劳损伤最大处出现在夹具固定附近的铝护套层上,寿命循环次数达3.3×10⁵次,寿命约为206.25 h。该研究可为跨海电缆的安全可靠性设计和状态运行维护提供理论指导。     

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。     

输电导线流致振动响应及受力分析

输电导线的安全性对电网系统的稳定运行非常重要,采用数值方法研究不同约化速度下双自由度输电导线的受力及流致振动响应。结果表明,导线在顺流向的振动频率为横流向的2倍,多数约化速度下导线的位移状态呈“8”字形。当约化速度在3~4或大于6时,导线横流向位移峰值处的运动方向与顺流向一致;当约化速度在小于3或在4~6时,导线横流向位移峰值处的运动方向与顺流向相反。另外,单、双自由度的升阻力系数随约化速度变化的规律相似。     

提升海底电缆载流量的2种方法及其试验研究

针对大长度单芯海底电缆的铅包及铠装损耗引起的载流量下降甚至海缆故障的问题,提出了2种解决方法:将钢丝铠装换成铝合金丝铠装(相对磁导率较小)以及在铅包铠装回路串联电阻。在一定理论分析的基础上设计了岸滩环境下海底电缆热循环试验系统,针对110 k V单芯海底电缆展开一系列对比试验,包括互感测试、损耗测试、温升测试等。探索并验证了采用该2种方法降低海缆损耗、保护海缆及提高载流量的工作原理及改善效果。结果表明,铅包环流对铠装层具有屏蔽作用,因此改变铠装材质和串接电阻可使得被试海缆载流量分别提高了24.2%和9.68%。     

电缆中间接头在桥梁上的结构疲劳特性分析

以舟岱大桥沿桥敷设220 kV高压电缆预制式中间接头为研究对象,建立了实体电缆振动-热老化平台,采用振动台对220 kV电缆中间接头进行加速振动老化试验,并采用振动加速度传感器和界面压力传感器监测振动加速度及界面压力的变化情况,分析了随桥敷设电缆中间接头在机械振动作用下的结构层疲劳特性,发现当电缆接头受外施振动作用影响时,外界环境的振动传递至电缆与中间接头支架,电缆振动频率为外施振动频率,振幅远超电缆负荷引起的振幅。对电缆接头开展720 h的加速振动老化试验,发现机械振动对接头界面结构层应力影响较小;在电缆载流条件下机械振动引起的电缆接头界面疲劳寿命大于电缆设计使用寿命;振幅较大时应采取增加防振垫等措施来降低振幅,避免局部受力而对电缆中间接头产生破坏。     

交流500kV海底电缆登陆段载流能力提升

为比较500 kV海底电缆登陆段载流能力不同提升方案的效果,建立了海底电缆登陆段连同电缆沟在内的3维电–热耦合物理和数学模型,分析了电缆沟内电缆周围介质的流速(流体介质)、导热系数、冷却介质的温度和海缆的布置方式等因素对载流能力提升的影响,比较了冷水管循环冷却、回填特殊土壤和充满海水3种方法对海缆登陆段载流量的提升效果。结果表明:电缆沟内的流体介质沿电缆径向强迫流动,能充分发挥电缆沟内冷却系统的吸热作用;海底电缆周围介质的导热系数越大,海缆导体中产生的焦耳热可越快地消散,从而有效降低电缆导体温升,有利于提升海缆载流量。研究结果对海底电缆的选型和工程设计具有指导意义。     

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。     

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。     

埕岛油田海底电缆故障原因与分布规律

为摸清海底电缆故障发生规律,及时恢复供电以保障海上安全和原油生产的需要,根据10年间电缆故障统计资料阐述了埕岛油田海底电缆所处复杂环境诸要素对电缆故障的影响。分析发现海底电缆故障多发生在冬季,并且造成电缆故障原因是多方面的,其中海工作业、平台船舶停靠、锚桩钩挂和盗窃捕捞等外力机械对电缆造成伤害属于多发事故原因,由于海洋地质条件的改变与海底潮汐运动等造成的海缆悬空,磨损和拉伸等隐蔽隐患危害较大。保障海底电缆安全运行需要综合规划,合理布局海底各类管道,优选电缆路径,划分电缆保护区域,加强电缆保护的宣传,加强电缆运行维护和监测监控,以减少海底电缆故障,保障电网安全运行。     

典型敷设条件下电力电缆线路运行振动特征值的测量试验

为测量和分析电力电缆线路运行振动特征,分析由振动所引起的电缆线路运行缺陷的原因,在分析电缆线路的电磁力计算及振动力学特性基础上,将加速度传感器安装在电缆线路上,测量了施加电压和电流条件下的振动频率特征及振幅与电压和电流变化的对应关系,并测量了在不同敷设方式条件下的振幅变化。研究结果表明:电缆线路上的电压值和电流值越大则所产生的振幅越大;相同电压和电流条件下,隧道条件下的电缆振幅大于直埋敷设条件下的电缆振幅;终端和接头的振幅大于电缆本体振幅。根据获得的振幅与电压值和电流值的对应关系、振幅与敷设方式的对应关系,提出了对高电压大电流电缆线路应在蛇行敷设电缆、电缆终端及接头的铅封等位置处增加防振垫等措施,避免局部受力。研究成果可以为进一步分析不同敷设方式下高压电缆线路运行振动的影响、制定针对性的运维策略及构建振动分析模型提供参考。     

基于分布式光纤振动传感的海底电缆绝缘击穿故障检测

为了研究分布式光纤振动传感技术检测海底电缆绝缘击穿的可行性,进行了绝缘击穿实体试验。搭建了绝缘击穿实体试验系统,利用高压脉冲对具有绝缘缺陷的海缆进行冲击;利用分布式光纤振动传感测量设备实时监测缆体沿线的振动信号,利用时空谱图直观展示了击穿故障前后的信号变化,并对击穿点的振动信号进行了时频分析。结果表明,海缆绝缘击穿时会产生强烈的振动,该振动信号的频率成分分布于0~1 000 Hz范围内,分布式光纤振动传感可有效实现海缆绝缘击穿故障的检测和定位。     

基于时变故障率的海底电缆可靠性模型研究

海底电缆在运行过程中会受到复杂的海洋环境影响。一旦发生故障,将造成严重的经济损失和社会影响。首先,对海底电缆的故障原因进行了分析和分类;接着,根据故障历史数据,建立了基于海缆长度的静态可靠性模型;然后,提出了考虑运行环境变化的基于时变故障率的动态可靠性模型,该模型考虑了海底电缆运行过程中的季节性生产以及电、热条件变化对其可靠性的影响,为短期可靠性评估提供了计算基础;最后,以中国渤海某海上石油平台群电力系统中的海底电缆运行数据为实例,验证了该方法的有效性,填补了综合计算海缆可靠性参数方面研究的空白。     

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...     

大长度500kV XLPE超高压海底电缆关键技术研究

大长度超高压500 kV XLPE绝缘交流海底电缆的生产工艺控制与220 kV及以下电压等级交流海缆有较大区别,着重介绍了500 kV超高压海底电缆的连续大长度绝缘挤出工艺、厚绝缘除气技术、铜丝铠装和试验验证等关键技术的研究。     

海底交流电缆暂态过电压仿真计算

针对海底交流电缆输电系统发生的单相短路和三相短路故障,在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真模型,仿真计算了短路故障引起的暂态过电压。对于110 kV中性点接地和35 kV中性点不接地海底电缆输电系统,分别对不同输送功率、不同输送距离和不同短路容量等情况下海缆的暂态过电压进行了仿真,计算了海缆线路上产生的最大过电压值,分析了最大过电压与这些变量之间的变化关系以及内在的物理机理。研究结果对于海缆线路和变电站的绝缘水平以及其他系统参数的确定具有参考价值。     

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。