单芯海缆不同铠装材质损耗的对比研究

分析了钢丝铠装及铝合金丝(非磁性)铠装海缆的损耗和温升差异。对两种铠装型式的海缆进行通流试验,并开展相关测试,包括海缆内部各层与线芯导体的互感值测试、铅包与铠装不同连接方式下的海缆损耗测试、铅包铠装并联接地点串入不同阻值电阻器时的海缆损耗测试、不同工况下海缆通过大电流时的稳态温升测试。基于大量实验数据,总结得出铝合金丝铠装海缆有利于降低海缆损耗和导体温度,提高海缆载流量。     

三芯海底电缆中光纤与缆体应变关系的有限元分析方法

为了利用分布式光纤应变传感技术测量的光纤应变反映三芯光纤复合海底电缆的缆体应变,通过有限元方法进行了建模、求解和分析。通过合并导体屏蔽、绝缘屏蔽、半导体阻水层、填充层,忽略黄铜带、铠装垫层、外被层,对模型进行了简化;选用SOLID164单元对模型进行了动力学分析;施加匀速载荷对海缆进行了拉伸仿真试验。利用最小二乘法对铜导体、XLPE、铅护套、钢丝铠装与光单元的应变进行了拟合,获得了它们的函数关系式。模型求解结果满足弹塑性材料特性,可为研究海底电缆的力学性能、判断海底电缆工作状态提供参考。     

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...     

三芯光纤复合海底电缆船锚钩挂有限元建模

为了利用分布式光纤传感技术测量的光纤应变反映三芯光纤复合海底电缆被船锚钩挂时机械特性失效与否,利用有限元方法建立了钩挂的有限元模型。忽略机械特性差的结构,将聚乙烯护套与填充层合并以增大填充层边缘尺寸,获得均匀的网格;将呈对称分布的光单元简化为一根,得到简化后的海缆模型。选用SOLID164单元作为海缆结构的单元类型,选用BKIN(双线性随动强化)材料作为海缆结构的材料模型,得到海缆的有限元模型。最后通过仿真分析获得铜导体的应力分布情况、光单元的应变情况以及铜导体塑性应变和光单元应变随时间变化的情况。结果表明,海缆与锚接触位置处的铜导体应力值较未接触的位置应力值偏大,并且获得了铜导体发生塑性应变时的光单元应变值,该值可作为海缆导体机械特性失效的判据。     

海底电力电缆铠装结构机械强度分析及设计

现行的能有效提高海底电力电缆(简称海缆)机械强度的方法是增加钢丝铠装层.铠装作为一种强度单元,主要起到承受轴向拉力和为海缆内核中的电以及光单元提供机械保护的作用.为了使海缆有足够的柔度,铠装一般被设计成螺旋缠绕于海缆内核外的形式.文中主要论述了海缆机械强度设计方法,特别是铠装的理论计算设计方法.     

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%。     

110kV单芯海缆铠装损耗试验研究

基于海洋输电实验基地,对110 kV单芯海缆铠装损耗进行了试验研究。试验验证了当线芯导体通过大电流时,铅护套及铠装上产生了感应电动势,并且在不同运行方式的损耗测试中证明了铅护套的屏蔽作用。最后通过对比试验,证明了铅包铠装回路串联电阻能减小海缆的损耗。     

单芯XLPE电力电缆负载试验与铠装结构选型

通过非铠装、具有隔磁措施的钢丝铠装和全钢丝铠装单芯交联聚乙烯 (XL PE)绝缘电力电缆的模拟负载对比试验 ,证明单芯钢丝铠装电缆中的钢丝铠装结构 ,无论是否隔磁措施 ,都会产生大量的铠装损耗 ,大大降低电缆的载流量水平 ,严重时 ,可导致电缆热击穿。     

模块化多电平换流器型柔性直流输电海缆过电压特性

作为柔性直流输电工程的连接单元,直流海底电缆的绝缘水平关系着输电工程的安全运行。以舟山多端柔性直流输电工程中定海换流站至岱山换流站的海底柔性直流电缆为研究对象,采用统计法仿真计算了模块化多电平换流器型柔性直流输电海缆过电压分布规律,得出柔性直流海缆的绝缘水平。通过仿真计算,得出了直流电缆的故障过电压最大值,即导体对铅套、铅套对铠装和铠装对地的最大过电压分别为403.44 k V、6.72 k V和0.39k V;选取30%的绝缘裕度,确定了直流电缆的绝缘水平,即导体对铅套为525 k V、铅套对铠装为9 k V和铠装对地为0.6 k V。计算结果可为柔性直流电缆的选型及试验提供重要参考。     

利用光纤应变判断光电复合海缆锚害程度的有限元分析法

锚害占海缆机械故障的80％以上,不同程度的锚害会导致海缆发生漏电、接地、短路和断缆事故,及时发现锚害并判断锚害程度十分重要.本文提出了利用光电复合海缆中光纤的应变判断海缆锚害程度的有限元分析法.建立了110kV光电复合海缆的有限元模型,对海缆锚害过程进行了仿真和分析,建立了海缆锚害过程中铠装层应力和光纤应变的分段时间函数,对锚害程度进行了分级,并用海缆模型试验验证了仿真结果.结果表明,海缆锚害程度的加剧导致光纤应变的增加,海缆锚害过程可用5个分段函数表示,锚害程度可分为三级,分别对应0.12％、0.35％和1.1％的光纤应变,可利用分布式光纤传感技术测量的光纤应变判断海缆的锚害程度.     

非线性材料仿真精度提升的研究（一）——试验类型对比

为了提升非线性材料的仿真精度,针对超弹性材料本构模型Mooney-Rivlin的常数进行研究,旨在对比进行单轴拉伸、压缩试验得到的常数是否一致。首先制作标准拉伸、压缩样条,分别进行单轴拉伸、压缩试验,得到变形-拉/压力数据;其次针对数据进行处理,得到真实应力应变曲线;然后将拉伸/压缩得到的应力应变曲线分别输入仿真软件中进行数据拟合,得到两参数Mooney-Rivlin模型常数C10和C01,并对比两组常数的一致性;最后进行非线性仿真分析,将仿真得到的应力应变曲线与测试结果进行对比,以验证模型的精度。结果表明：进行拉伸与压缩试验得到的模型常数不一致,需根据具体受力情况确定采取的试验类型,为后续的非线性材料定义及仿真工作提供了试验依据。     

以全寿命周期成本为判据的近海风电场高压海底电缆选型标准

为了结合海底电缆寿命周期特点、制定适用于近海风电场高压海底电缆的选型标准,以海缆传输容量大于风电场设计向外传输容量为约束条件,构建了包括购置、敷设、损耗、故障损失、运行维护以及回收净投资成本的海缆全寿命周期成本(LCC)模型,并以LCC等额年值最小作为选型标准。以国内某海上风电场海底电缆选型为案例进行计算分析。结果表明,购置、损耗、故障损失成本与自身LCC占比较重,最高分别达到26.4%、30.8%、62.0%;所有方案前期投资与自身LCC占比≤40%。当电压等级相同时,单芯海缆方案损耗成本至少比三芯海缆方案高出4.68×103万元;而当线芯数相同时,高电压等级故障损失成本至少比低电压等级海缆方案高出8.8×103万元;2回110 k V 3×500 mm2高压XLPE绝缘钢丝铠装海缆方案LCC等额年值(3.08×103万元/a)最小,该方案最优。     

对波兰矿用电缆的技术考察

作为主要采煤国之一的波兰,对于矿用6 kV 级电缆,煤矿井下大多采用油浸纸绝缘铅包钢带或钢丝铠装电缆,井筒使用不滴流纸绝缘铅包粗钢丝铠装电缆,它们的外护层均采用不燃性材料;综采工作面、高压开关和移动电站之间的6kV 电缆,则采用带监视线芯分相屏蔽 PVC 绝缘及护套电缆。千伏级矿用电缆按不同使用场合,分有4芯、5芯、7芯、10芯橡皮绝缘及护套电缆,橡皮护套分普通型和耐燃型,7芯及10芯电缆一般采用屏蔽结构。在介绍电缆结构的同时,还介绍了波兰对矿用电缆进行屏蔽电缆过渡电阻、机械冲击、机械挤压及弯曲扭转试验的方法。     

利用有限元法分析单芯光纤复合海缆扭转与光纤应变的关系

利用有限元法建立了海缆扭转模型,对其进行网格划分、施加扭转载荷,模拟海缆不同角速度下的扭转过程,最终提取了铜导体和光单元的应力、应变数据,并对铜导体的径向和轴向应力、应变分布以及扭转速度与铜导体应力、应变的变化关系进行了分析。结果表明,在同一时刻铜导体径向应力、应变由内到外依次增大,轴向应力、应变分布与扭转角度大小有关;海缆以不同角速度扭转时,铜导体的应力、应变的变化与角速度的大小呈现出了一定的规律,整体趋势一致。最后,建立了光纤应变与铜导体应力的关系函数,为利用光纤传感技术监测海缆的扭转状态提供了理论依据。     

海南联网工程备用海缆导体感应电压仿真分析

海南电网新建第二回500kV交流线路与广东电网互联,采用4根海缆(含1根备用海缆)与联网第一回海缆平行敷设。为研究海南联网工程两回海缆并列运行时备用相导体感应电压对电缆运行安全和人身安全的影响,利用ATP-EMTP仿真软件建立了500kV双回路海缆模型。考虑了备用海缆位置、终端站接地电阻、海缆铠装与金属护套接地方式的因素对海缆导体感应电压影响。研究结果可为备用海缆切换安全问题提供指导,并可为其他海缆工程的设计提供参考。     

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。     

桥梁敷设电缆伸缩补偿过程动力学建模及动态响应分析

桥梁敷设电缆通常采用伸缩补偿装置(OFFSET)用以抵消桥梁位移对电缆本体结构稳定性的影响，OFFSET装置的实时补偿效能对于桥梁敷设电缆的安全运行至关重要。以跨海大桥原型OFFSET为研究对象，建立其刚柔混合多体动力学模型，计算在位移载荷和位移–电流复合载荷下OFFSET装置的补偿效能。将电缆夹具的位移响应计算结果作为边界，通过对电缆本体的电–热–结构有限元仿真获取了电缆本体力学响应。通过将数值仿真结果与原型OFFSET装置补偿试验结果对比验证了所建立模型的有效性。研究结果表明：采用OFFSET装置能够实现设计的补偿效能，桥梁敷设电缆的应力最大分布在固定夹具处。在日环境温度引起的电缆位移和负荷电流的共同作用下，线芯、铝护套上的最大应力分别为84 MPa,155 MPa，最小应力分别为55 MPa,105 MPa；电缆金属铝护套的最大应变为14 881×10^-6，最小应变为9340×10^-6；电缆固定夹具受到的最大轴力为7.4 kN，最小轴力为4.8kN；电缆金属结构层上的应力、金属护套的应变以及固定夹具上的轴力呈正弦规律变化。研究成果可为桥...     

气吹微缆技术在光纤复合低压电缆中的应用

结合气吹微缆技术在光纤复合低压电缆中的应用,提出了一种气吹型光纤复合低压电缆。介绍了气吹微缆技术。根据复合缆的结构特点,线芯在成缆时内置一根或多根微管,后期敷设时通过采用气吹微缆技术吹入光单元,从而得到了该电缆,该电缆可更换已敷设的光单元或增加新的光单元,避免用户需求变化时重新布线,减少了资源浪费。     

PCCP受载响应分析中三种预应力施加方法的比较研究

本文重点开展PCCP受载响应分析中三种预应力模拟施加方法的比较研究。将等效荷载法、等效降温法和缠丝模型这三种PCCP的预应力模拟施加方法应用于南水北调中线4m内径的埋置式PCCP,模拟施加其预应力场,并对其进行受载响应的数值模拟分析,还对该PCCP进行了原型压力试验,并将试验结果与计算结果进行综合对比分析。结果表明,计算结果与试验吻合较好,均能反映PCCP的受载响应规律;但等效荷载法不能考虑钢丝的刚度贡献和承载作用,给出的PCCP的起裂荷载和爆管荷载偏低;等效降温法不能反映钢丝的实际应力应变状态;缠丝模型不仅能考虑钢丝刚度贡献和承载作用,反映钢丝的实际应力应变状态,还能描述钢丝与其余部件的相互作用,具有更好的适用性。说明今后更适合以缠丝模型作为PCCP数值模拟分析的基础,进一步对PCCP的断丝响应以及结构安全性进行深入研究。     

应急负荷变动下高压电缆输电线路线芯温度的响应特性分析

为研究应急负荷变动下高压单芯电缆的线芯温度响应特性,建立了应急负荷变动下高压单芯电缆线芯温度随时间变化的梯度函数,以110 kV交联聚乙烯单芯电缆为研究对象,设计了水中敷设、空气中敷设、土壤中直埋的3种条件下高压单芯电缆应急负荷变动的温升试验。结果表明:当高压电缆负荷发生应急变动时,线芯温度随时间的梯度变化受环境影响很大,其中空气敷设电缆线芯温度的变化梯度最大,水中敷设电缆线芯温度变化梯度最小,土壤敷设电缆线芯温度变化梯度介于前两者之间。在3种敷设条件下,电缆线芯温度的梯度变化都随应急变动负荷的增加而增大。