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。     

±500kV直流海缆在J型管敷设环境下的稳态载流量仿真研究EI北大核心CSCD

高压直流海底电缆稳态载流量的计算对海底电缆工程的设计和运行非常关键。该文利用COMSOLMultiphysics仿真软件,建立±500kV直流海底电缆在J型管敷设环境下的三维电-热-流耦合模型。针对J型管位于海面之下和海面之上2种情况,分别计算海缆的稳态载流量、温度分布以及电场分布。结果表明,J型管海缆运行在海面之下时载流量比运行在海面之上高约2倍。此外,发现海缆绝缘中的电场分布取决于绝缘内外层的温度差,当绝缘层内、外表面温差等于6.0℃时,整个绝缘层电场均匀分布,大小为16.7kV/mm;当绝缘层内、外表面温差大于6.0℃时,海缆绝缘电场分布沿电缆径向由内向外逐渐增大;当温差小于6.0℃,绝缘电场分布沿电缆径向由内向外逐渐增小。另外,减小J型管壁厚和增大J型管外径可以在一定程度上提升海缆的稳态载流量,对运行在海面之上的J型管内电缆施加通风冷却可将其稳态载流量提升约73%。     

直流±250 kV海底电缆J型管段载流量提升研究北大核心CSCD

J型管作为新型电力系统中新能源海上风电送出系统海底电缆的保护装置,其存在会阻碍海缆对外散热,制约整条风电送出线路的载流量。为了提高J型管段海缆载流量,文中建立了典型J型管段流体—温度耦合数值模型,仿真分析了环境风速、太阳辐射、环境温度对直流±250 kV海底电缆封闭J型管系统温度场的影响规律,确定J型管载流量瓶颈位置,提出了一种J型管外壁开孔配合平台开孔引入外界风的J型管载流量提升方法,验证了仿真模型与算法的正确性。结果表明与全封闭J型管系统相比,J型管外壁开孔配合平台开孔能有效降低海缆温度,环境风速较低为1 m/s时载流量可有效提升13.98%。研究结果为指导J型管设计提升J型管段海缆载流量提供了新的解决方案。     

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建立考虑外界敷设环境影响下的500 kV交流交联聚乙烯(XLPE)超高压海底电缆稳态热路模型,分析不同敷设段、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。有限元仿真结果验证了文中所建立的热路模型计算结果的准确性。     

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。     

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。     

采用充水电缆沟敷设方案的海缆登陆段载流量计算

为了检验近海风电场海缆登陆段由土壤直埋改为充水电缆沟敷设的载流量提升效果,建立了充水电缆沟内二维流–热耦合求解的数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件对某条置于充水电缆沟的海缆载流量进行计算,得到沟内流场和温度场分布,验证了模型的正确性。由于水的自然对流可有效地改善电缆的散热条件,与直埋时相比,采用充水电缆沟敷设方案的海缆载流量提升了43.8%。基于该模型仿真分析了不同因素对充水电缆沟内海缆载流量的影响规律:电缆沟高度或宽度增大时,载流量均会增大,但增大宽度比增大高度能带来更明显的载流量提升效果;海缆在沟内的放置高度变化对载流量基本无影响。     

典型交流高压海缆工程载流量瓶颈分析与仿真研究

海底电缆线路的负载能力由其瓶颈段决定,一般认为登陆段是整条线路载流能力的瓶颈,但海缆登陆段不同区域不同敷设条件下载流量存在明显差异,需要进一步确定海缆线路载流量瓶颈.对于登陆段多处区域受到阳光照射,建立了考虑太阳辐射的载流量有限元模型,并利用500 kV交流海底电缆预鉴定试验回路阳光直射区的负荷循环试验数据进行比对,验...     

基于电磁-热-流体耦合的隧道敷设电缆载流量分析

为研究电缆隧道敷设下电缆载流量的影响因素,本文建立电磁-热-流多物理场耦合的三维仿真模型,通过仿真计算隧道内空气流速、电缆水平排列间距、流入隧道空气温度和隧道通风口长度对载流量的影响规律,得到各影响因素与载流量的关系曲线。根据工程实际数据设计正交试验研究4种因素对载流量的影响,获得其影响程度的权重关系。结果表明：4种因素影响程度由大到小为：隧道内空气流速、电缆水平排列间距、通风口长度、流入隧道空气温度,为实际电缆隧道敷设施工提供参考依据。     

隧道内电缆集群敷设对载流量的影响研究

不断增加的城市用电负荷和经济环保的电力发展需求决定了大中型城市中电缆隧道的广泛应用,而邻近磁热效应是影响隧道中集群敷设的电缆线路载流量的重要因素。为了获得隧道内集群敷设对电缆线路允许载流量影响的定量规律,文中主要以110、220 kV高压电缆为研究对象,在水平排列和品字形排列两种典型敷设方式下,探讨了隧道内空气温度、电缆相间距、回路间距和回路数量对载流量的影响。结果表明,通风效果对隧道内温度影响大,对电缆允许载流量的作用最为显著;相比于水平排列,三相电缆品字形排列时受其他各种因素的影响小,应优先选用;品字形分离式放置的电缆载流量比接触式高,但空间占用大;隧道内多回路集群敷设时,应严格按照规程要求的间距进行设计,并且对中、低压电缆需要考虑约15%的载流量降低因数。     

考虑空气流场影响的电缆散热研究及其影响因素与经济性分析

根据传热学理论建立了考虑流场影响的电缆温度场计算模型,给定了电缆沟敷设电缆的温度场边界条件,并以电缆沟敷设6回路电缆为例验证了模型的正确性,该模型也可用于通风电缆沟(隧道)敷设电缆的温度场计算。研究了沟深和电缆层间距对电缆允许载流量的影响规律,并结合土建成本对电缆沟敷设方案进行了经济性分析。计算结果表明,在通过改善电缆散热效果来提高电缆载流量方面,电缆层间距优化比电缆沟深度优化能获得更佳效果;适当的电缆沟深度优化具有土建投资成本回收时间短的优点;实际电缆沟敷设方案选取时,应先考虑电缆层间距优化,再考虑电缆层间距和电缆沟深度的综合优化。     

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,文中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4回路敷设时电缆稳态载流量高于8回路敷设时电缆稳态载流量;电缆表面温度随着通风速率的增加而逐渐减小。     

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。     

提高XLPE高压直流海缆经济性的研究展望

结合我国高压直流海缆工程直流海缆选型、电压等级和输送容量的关系,以单位输送容量所需直流海缆原材料投入作为典型经济性指标,发现随着单回路直流海缆电压等级和载流量升高,直流海缆经济性呈上升趋势.通过对比不同路线提高电压等级和载流量后直流海缆耗材的变化,可知分别通过提高直流海缆绝缘电气水平和导体最高允许运行温度的方式实现电压等级和载流量提升对提高直流海缆经济性更为有效.此外选取导体最高运行温度为70℃的±525 kV直流海缆为典型规格,利用有限元仿真分析外加电压提高至972 kV和导体运行温度提高至90℃后直流海缆绝缘场强分布的变化,结果表明电压等级和导体运行温度的提高均会造成绝缘场强翻转后靠近绝缘屏蔽处的场强进一步升高,且二者存在协同作用,在此基础上,设定绝缘屏蔽与绝缘界面存在向绝缘内尺寸为0.125 mm的半圆形突起,有限元仿真结果表明该点的场强对比无突起情况增大了35.8％.     

双回路顶管隧道敷设下电力电缆多物理耦合场及载流量的数值分析

对于局部穿越河流、道路等不具备开挖条件区域的电缆一般采用顶管敷设。在顶管敷设电缆,排列紧密且埋深较大,是限制载流量的瓶颈段。而现有IEC标准更没有给出这一非典型敷设工况下电力电缆载流量的计算模型和计算方法。为此,以YJLW03 127/220 1×2500单芯交联聚乙烯电缆为研究对象,结合实际工程敷设工况建立了双回路顶管隧道敷设下电缆磁 热 流多物理场耦合有限元计算模型,并提出了载流量计算的弦截法。在此基础上,研究了埋设深度、护层电流的变化对电缆载流量的影响,分析了双回路顶管隧道敷设电缆的载流能力。计算结果表明,双回路顶管隧道敷设中,电缆埋设深度是影响电缆载流量的关键因素,埋深越大,载流量越小,对应的场域温度分布越高;护层电流越大,载流量越小。研究成果为进一步优化电缆敷设方式、充分发挥电缆线路的输电能力提供了理论依据及辅助参考。     

电缆沟多回敷设中电力电缆多物理场耦合场及载流量数值计算

研究了电缆沟电缆集群敷设条件下温度场的分布规律和载流量。根据电缆结构参数及敷设工况的物性参数,建立了单芯四回路电缆规则排布多物理耦合场的计算模型,计算、分析了电缆沟中温度场的分布规律,在此基础上提出了计算电缆载流量的弦截法。此外,进一步分析了电缆不规则敷设工况下电缆排列杂乱程度与载流量的关系。计算结果表明,不规则排列下电缆载流量减小、电缆芯温度升高。该计算结果可为进一步提高电缆运行的经济性和可靠性提供参考。     

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。     

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。     

高压直流电缆稳态载流量解析计算方法

高压直流电缆稳态载流量的准确计算对于其传输能力的充分利用具有重要意义。首先,提出了高压直流电缆稳态载流量解析计算方法,该方法同时考虑了线芯导体最高长期允许温度和绝缘层最大允许温差。其次,利用该方法对?160 kV交联聚乙烯直流电缆稳态载流量进行了计算,并用有限元法进行了验证。最后,研究了敷设环境温度、线芯导体最高长期允许温度和绝缘层最大允许温差对直流电缆稳态载流量的影响规律,发现考虑线芯导体最高长期允许温度和考虑绝缘层最大允许温差的直流电缆稳态载流量随敷设环境温度的变化曲线可能存在交点,当敷设环境温度高于交点温度时,线芯导体最高长期允许温度决定了稳态载流量;当敷设环境温度低于交点温度时,绝缘层最大允许温差决定了稳态载流量。     

穿管线路中填充材料与管径对电缆导体温度的影响

对于穿管敷设电缆,采用管内填充低热阻材料可以有效提升电缆的载流量,消除线路的瓶颈点,目前缺乏对这种敷设方式下电缆载流量影响因素的研究。为此建立基于磁-热-流多场耦合的有限元仿真模型,并通过实验验证模型的准确性,分析管道尺寸、填充材料的导热性、填充材料的填充比例等因素对穿管敷设电缆导体温度的影响规律。主要研究结果表明：管道尺寸决定了管内空气气隙厚度,进而影响电缆导体温度;不同填充比例的填充材料对电缆导体温度的影响规律不一样,当填充比例由0增大至0.25时,电缆导体温度下降最为明显,此后填充比例的增大对电缆导体温度的影响相对较小。实际工程中,在满足线路载流量要求的前提下,可以选择合适的管缆比和填充材料的填充比例以达到最高经济效益,这可为穿管敷设的电缆线路载流量的核算及规划提供参考。