海底电缆载流量计算方法的研究与选择

针对工程中海底电缆载流量计算准确性和方法选择问题,以工程中采用的交流三芯电缆为研究对象,分别用等效热阻法和有限元法进行直埋敷设情况下电缆载流量的计算,并分析直埋敷设时回路数变化对载流量的影响。分析结果表明,单回路敷设时等效热阻法快速简便且计算结果与有限元法相近,推荐采用等效热阻法计算;多回路敷设时等效热阻法误差较大,推荐采用有限元模型计算。     

直埋集群敷设配电缆的载流量多回路修正系数校核

配电网中电缆线路多、负荷重,集聚敷设十分常见。为了计算电缆集聚敷设载流量,开发了三芯电缆载流量计算软件。通过软件计算和现场试验,研究并校核了直埋敷设多回路修正系数。结果显示,单回路和四回路载流量试验结果与计算值吻合,验证了理论计算的正确性。多回路修正系数研究还表明,目前正在使用的直埋敷设多回路10 kV三芯电缆载流量修正系数偏大,不利于配电电缆线路的安全运行,建议采用所提出的直埋集聚敷设多回路修正系数推荐值对其进行修正。     

直埋电缆载流量的改进算法

介绍了IEC标准中基于等值热路思想计算敷设于均匀土壤中的直埋电缆载流量的算式,以及利用校正系数解决有回填土情况的修正方法,但该方法存在校正系数选取过程复杂、校正依据缺乏工程可靠性和通过试验获取校正系数工作量大成本高等不足。为此,针对目前行业内应用较多的解析方法和数值方法,提出在直埋电缆区和敷设土壤区分别采用热场计算的改进数值方法和热路计算的解析法,以有限容积法为基础,将数值方法得到的土壤温度场与电缆等值热路法相结合求解缆芯温度和载流量。采用基于场路结合的有限容积法编程仿真,并利用土壤直埋带绝缘发热管加热实验进行验证,结果表明改进方法保留了数值计算准确性的同时提高了计算速度,仿真结果与测量结果的计算误差仅为1.3℃。     

临界反转温差约束下66 kV交流XLPE电缆改为直流运行的电压等级和载流量分析

准确有效地评估交流电缆改为直流运行时的增容效果对电缆交改直后的安全运行至关重要。现有研究主要基于缆芯温度70℃为阈值确定交改直的电压等级和载流量,并未考虑绝缘层的稳态电场强度。因此,文中综合考虑临界反转时稳态电场强度较小和温升限值约束,提出了以绝缘层中的电场强度5 MV/m为限值的交改直电压等级和载流量判定方法;并且以66 kV交流XLPE电缆为例进行仿真计算,分析了直埋土壤敷设下交流电缆改为单极直流和双极直流运行时的增容效果。研究结果表明:当电缆在直埋土壤敷设下以66 kV单极直流运行和双极直流运行时,最大输送功率分别为改造前的1.53倍和1.12倍。所采用的分析方法可为电缆线路交改直工程提供一定的参考。     

地下直埋发热管稳态温度场计算新方法-模拟热荷法的研究

为了寻找一种既可真实反映电缆实际情况,又可简便、快速计算电缆温度场的方法,笔者根据温度场和电场的相似性,提出了一种计算地下直埋发热管稳态温度场的新方法—模拟热荷法。首选利用换热量相等的原则,将地表空气对流换热系数等效为一定厚度的土壤,在发热管芯和空气中用模拟热荷代替原来的发热管损耗和空气对土壤温度场的影响;然后根据镜像法,按照地表空气等温、导体等温列出约束方程组;最后利用高斯法求解方程组,求得地下直埋发热管稳态温度场的分布。试验及有限元Ansys仿真验证了模拟热荷法在地下直埋发热管稳态温度场计算中的有效性。     

66kV交流交联聚乙烯电缆线路改为直流运行的直流载流量

将交流电缆线路改为直流运行是提高电缆线路输送功率的有效途径之一,确定交流电缆的直流载流量对电缆的交流改直流运行意义重大。为此,采用解析法和数值法分析了空气中敷设66 kV电压等级交流交联聚乙烯(XLPE)电缆的直流载流量,开展了直流载流试验;同时采用数值法计算了直埋敷设2根平行排列交流电缆的直流载流量,并计算了电缆改为直流运行后的输送功率。计算结果表明:对于空气中敷设的交流电缆,采用解析法和数值法得到的直流载流量与试验测试结果基本一致(780 A);直埋敷设交流电缆的直流载流量约为710 A;当交流电缆改为直流运行的工作电压取57 kV时,其输送功率和原交流系统相等。上述结果验证了解析法在计算高压(66 kV)电缆直流载流量时的适用性,同时为后续66 kV交流电缆线路改为直流运行奠定了基础。     

用绝缘导线替代低压电缆穿管地埋敷设

<正>配电线路地埋敷设,传统的方式是采用电缆直埋、电缆穿管或电缆隧道敷设。在实际运用的过程中,电缆敷设有其诸多的局限性。笔者在观察和分析诸多的电缆地埋施工现场后认为,在配电线路地埋工程中,可以探索用绝缘导线替代电缆穿管地埋的敷设方式。由于这是一个打破传统的研究方向,本文侧重于探讨用绝缘导线替代低压电缆穿管地埋。该问题实质是将电缆化整为零,即三相四线电缆就是将1根电缆换成4根绝缘导线进行穿管。具体实施起来,先从0.4kV电压等级进行试行,积累经验,再推行到更高电压等级的运行领域。     

基于模拟热荷法的直埋电缆稳态温度场影响因素的研究

根据热、电场的相似性,采用模拟热荷法的计算方法,进行土壤直埋式电缆的温度场研究计算,对土壤直埋式敷设的电缆温度场各个影响因素进行了分析,得出了各个因素对电缆温度场规律性结论。     

10 kV三芯交流电缆不同敷设情况下的直流化改造

本文以城市配电网中常见的10 kV三芯交流电缆为例,对空气、直埋和排管这三种敷设情况下的电缆进行直流化改造仿真研究。采用ANSYS有限元仿真软件中的热-电耦合模块和电磁-热-流耦合模块对电缆进行仿真,并将电缆分为单极不对称、双极三线和三极共三种接线方式。首先依据温度场和电场仿真结果得出三种敷设情况三种接线方式下电缆的直流载流量和合适的运行电压范围,然后以仿真所得到的载流量和运行电压为基础,分析电缆改造前后的最大传输功率大小,最后进行多回线路敷设时的温度场仿真。研究结果表明,交流电缆直流化改造后功率传输能力有了一定的提升,且直埋敷设提升效果更为明显。     

建筑电气技术

2.电缆的敷设方式 电缆的敷设方式主要有直埋铺砂盖砖或盖混凝土板敷设、电缆沿沟内敷设、电缆穿钢管直埋、电缆沿墙明设、电缆沿电缆托盘或电缆桥架敷设等。在建筑工程中,应用最多的是直埋敷设。 直埋电缆必需采用铠装电缆,电缆埋深要求小于0.7m,电缆沟深不小于0.8m,电缆的上下各有10cm厚的砂子(或过筛土),上面还要盖砖或混凝土盖板。地面上在电缆拐弯处或进建筑物处要埋设方向桩,以     

外加电压及绝缘温差对XLPE直流电缆电场分布的影响

为了明确交联聚乙烯绝缘直流电缆电场随外加电压和绝缘温差的分布规律,基于有限元仿真分析方法,对±500 kV交联聚乙烯绝缘直流海缆进行了不同外加电压和绝缘温差下的电场分布研究,并与拉普拉斯场强计算方法进行对比.结果表明,通过拉普拉斯场强计算方法得到的直流电缆绝缘场强呈稳定分布,而有限元仿真情况下可见随着绝缘温差升高直流电...     

高频谐波电压对冷缩电缆终端的电场及温度影响研究

中压冷缩电缆终端可能会遭受到高频谐波电压的持续作用而使其绝缘迅速失效,其失效原因主要和高频电压下的电场和温度有关。笔者研究了高频谐波电压对35 kV电缆终端温度和电场的影响规律及机理,阐明了热点和电场分布之间的联系。通过高频谐波电压的电热老化试验装置,对两种不同类型的冷缩电缆终端(应力均匀型和几何型),施加不同频率的电压。通过红外热成像仪分析了不同的频率、幅值对电缆终端表面温度分布的影响。发现随着频率的增加,应力均匀型终端在局部地方形成明显的热点,随着频率增加,热点温度进一步升高,而几何型终端则温度变化不明显。通过有限元分析发现,应力均匀型终端的热点位置正好和电场的集中点相对应,随着频率增加,电缆阻性发热量增加,而几何型终端的电场较小,阻性发热不明显。该研究对于开发耐高频电压的冷缩终端具有一定的意义。     

10kV交流三芯电缆中间接头直流化改造热-电耦合仿真研究

将交流电缆改为直流运行后,对电缆接头进行温度场和电场仿真并研究其温度和场强分布规律对改造后的电缆供电能力的评估非常重要,目前关于交流电缆直流化改造的研究主要是针对电缆本体,对电缆接头的研究还较少。本文建立了城市配电网中常见的10 kV交流三芯电缆接头的三维仿真模型,首先采用ANSYS中的热-电耦合模块对接触系数k=4时的接头模型进行温度场仿真;之后研究了接触电阻和空气对流换热系数对接头温度分布的影响;最后进行了电缆接头直流运行时的电场仿真,并根据温度场和电场仿真结果选取了直流载流量和合适的直流运行电压,与接头交流运行时进行了传输最大功率的比较。研究结果表明,交流电缆接头直流化改造后功率传输能力有了一定的提升。     

非线性应力管电缆终端的电-热场分析

笔者基于变分原理,推导了非线性的时域有限元电场计算方程和稳态热场有限元方程,分别利用商用软件Integrated Engineering Software和有温度分布解析解的轴对称电缆结构验证了编制程序的正确性,并利用该方法分析了含线性、非线性以及复合结构的应力管时的电缆终端电场和热场分布.分析结果表明,线性、非线性以...     

基于电-热场联合分析的EPR中压电缆终端异常热点仿真分析及优化

25 kV乙丙橡胶(EPR)中压电缆终端因其自身的结构特性,内部电-热场分布不均,局部易出现异常畸变热点问题,而在安装电缆终端时出现的划伤缺陷加大了问题的严重程度,加速缺陷周围绝缘材料的老化,大幅降低了绝缘性能。为解决该问题,提出了一种电导率与电场、温度相关的非线性应力管材料,采用COMSOL仿真方法对比研究了使用高介质材料与非线性材料制作应力管时电缆终端内部的电-热场分布。结果表明,经优化后电缆终端的电-热场分布畸变程度能得到有效缓解;对于存在划伤缺陷的情况,优化后的电缆终端的电-热场畸变程度低于其出现击穿现象的阈值,表明其能够在缺陷情况下相对安全运行。同时采用热成像仪现场测试电缆终端温度分布,结果验证了经优化后电缆终端表面异常发热情况的改善效果。     

贯流式水轮发电机空载电压波形优化与阻尼条发热抑制

改善空载电压波形、降低阻尼条损耗发热是优化电能质量、保障发电机与电网运行稳定性的重要问题。为此,采用调节阻尼绕组节距与定子斜槽措施相结合的设计方案,对1台30MW的大型贯流式水轮发电机空载电压波形和额定负载工况的阻尼条损耗发热进行了优化设计,并利用多层运动电磁场场路耦合时步有限元模型和三维温度场有限元模型进行了分析与计算。结果表明,在合理增大阻尼绕组节距的基础上,结合斜槽措施,既能明显地优化空载电压波形,又能有效地防止阻尼条过热故障的发生。计算结果与实测数据相符合。该研究结果对提高发电机的设计水平并改善发电机与电网的运行稳定性具有参考价值。     

±320kV直流电缆交联聚乙烯/三元乙丙橡胶附件击穿特性

高压直流电缆接头与终端为电缆系统故障的多发点,其击穿强度为直流输电系统安全稳定运行的重要基础。文中以±320 kV高压直流海底电缆中交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)/三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)附件为研究对象。首先,研究电缆及附件负荷循环耐压试验,发现附件界面为击穿薄弱环节;其次,研究绝缘材料电导率随温度变化特性对电场分布的影响规律,通过有限元仿真模拟电缆空载和满载运行时附件的温度分布与电场分布,发现最大电场出现在电缆绝缘靠近附件应力锥一侧,为29.5 kV/mm,低于附件材料的击穿场强;最后,研究界面在直流电场下空间电荷特性对电场分布规律的影响,通过电声脉冲法测试复合叠层片状样品介质界面的空间电荷及其电场分布,发现场强畸变率约为100%~200%。同材料本征绝缘匹配相比,界面空间电荷积聚对附件内部电场造成的畸变程度更严重,在后续附件提升中应更注重开发抑制空间电荷的绝缘材料。     

接地不良缺陷对高压XLPE电缆终端的影响

为了研究接地不良对高压交联聚乙烯(XLPE)电缆终端的影响,通过ANSYS有限元分析软件建立电缆终端仿真模型以及在实验室环境下进行实物模拟实验,从高压XLPE电缆终端的电参数计算、温度场分析以及化学产物三方面,对接地不良缺陷给高压XLPE电缆终端造成的影响进行了研究,仿真及实物模拟实验结果均表明接地不良会导致高压XLPE电缆终端严重发热。研究结论说明终端接地不良将导致电压悬浮、流经绝缘屏蔽电流过大、温度异常升高,并会相伴产生金属氧化物、羧酸盐等多种化合物,对电缆安全运行造成严重影响。     

极性反转电压下非线性电导硅橡胶复合材料电荷积聚特性

直流电缆附件是直流输电系统的薄弱环节,为研究非线性电导对极性反转电压下电缆附件硅橡胶绝缘电荷积聚特性的影响,通过添加SiC颗粒制备具有非线性电导的硅橡胶复合材料试样,利用三电极法和表面电位测量系统获得试样的电导率和表面电荷特性。实验结果表明：由于试样中SiC晶粒的晶格振动引起载流子晶格散射,高温会造成试样电导率降低;试样表面电荷平面分布特性表明,电晕电压极性反转后,平板试样内部残留的原极性电荷与表面的异极性电荷提高了局部电场强度,使试样的电导率升高,加速了表面电荷向试样内部迁移和异极性电荷中和过程,抑制了表面电荷的积聚。     

极性反转电压下非线性电导硅橡胶复合材料电荷积聚特性

直流电缆附件是直流输电系统的薄弱环节,为研究非线性电导对极性反转电压下电缆附件硅橡胶绝缘电荷积聚特性的影响,通过添加SiC颗粒制备具有非线性电导的硅橡胶复合材料试样,利用三电极法和表面电位测量系统获得试样的电导率和表面电荷特性。实验结果表明：由于试样中SiC晶粒的晶格振动引起载流子晶格散射,高温会造成试样电导率降低;试样表面电荷平面分布特性表明,电晕电压极性反转后,平板试样内部残留的原极性电荷与表面的异极性电荷提高了局部电场强度,使试样的电导率升高,加速了表面电荷向试样内部迁移和异极性电荷中和过程,抑制了表面电荷的积聚。