10kV三芯交联电缆载流量的试验研究

三芯电缆广泛应用于城市配电电网,其可靠运行与绝缘温度密切相关,因而电缆载流量的精确计算是电缆安全、可靠运行的保证。由于配电电缆的线路多、结构复杂、敷设方式多样,使得配电电缆线路的管理和载流量计算不像高压电缆那么规范。近几年一些非常规的敷设方式大量使用,使得配电电缆载流量的计算更加困难。为规范配电电缆载流量的计算,模拟了广州地区10kV三芯交联电缆典型敷设条件,在试验现场进行了单根空气、直埋、穿管敷设及2×3多回路密集敷设下的电缆载流量试验;编制了计算三芯电缆载流量的计算软件,将电缆本体各层温度降的试验值与软件计算值进行了对比,试验研究结果验证了理论计算的正确性。三芯电缆载流量的准确计算可为运行中负荷的控制提供参考,保证电缆的可靠性,并最大限度发挥电缆的输送能力。     

日负载系数与10 kV XLPE电缆周期负荷载流量关系的试验研究

为计算10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆周期负荷载流量,开发了三芯电缆周期负荷载流量计算软件,开展了直埋敷设不同日负载系数的三芯电缆周期负荷载流量试验。将试验所得的周期负荷载流量与软件计算结果进行对比,验证了软件计算的正确性。利用软件计算结合载流量试验,对日负载系数与周期负荷载流量的关系进行理论研究,结果表明日负载系数越小,周期负荷载流量越大。针对佛山地区典型负荷的10 kV电缆线路,计算其12个月的周期负荷载流量系数。建议按周期负荷载流量控制电缆负荷电流的最大值,可在保证电缆寿命的前提下,提高电缆线路的输电能力。     

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。     

新型低热阻材料提高穿管敷设电缆载流量的试验研究

电缆载流量与其敷设方式和周围媒质的散热性能紧密相关。在各种敷设方式中,穿管电缆是制约电缆线路载流量的瓶颈。通过在管道内填充新型低热阻媒质,可以显著改善穿管电缆的散热环境,降低线芯温度,提升载流能力。利用经试验场电缆载流量试验验证的载流量计算软件,计算和分析了电缆周围媒质热阻系数对其载流量的影响。分别在试验场和运行线路上,进行了电缆载流量的试验研究。研究表明,单回路穿管敷设时填充低热阻新材料,可使电缆载流量提高8%左右。     

多种敷设方式下集群电缆的直流载流量仿真研究北大核心CSCD

为了研究集群电缆敷设方式、回路间距、回路数以及排列方式对交流集群电缆直流载流量的影响,以10 kV交流配电网中广泛使用的三芯交联聚乙烯(XLPE)电缆为例,通过有限元仿真软件建立集群电缆的温度场和流场耦合仿真模型,得到了直埋敷设、排管敷设和沟槽敷设下集群电缆以双极式直流拓扑结构运行时的直流载流量、温度分布和流场分布。结果表明:随着回路间距和回路数的增大,集群电缆载流量的变化速率逐渐减小。直埋敷设下集群电缆之间的热场相互作用最大,而沟槽敷设下集群电缆之间的热场相互作用最小。增大集群电缆水平间距来提高直流载流量的效果要优于增大垂直间距。随着集群电缆距沟槽壁的水平距离增大,直流载流量呈现缓慢的下降趋势。研究结果可为多回路10 kV交流XLPE电缆的直流改造工程提供理论依据。     

管道内填充导热介质提高电缆载流量

电力电缆排管敷设时,因预埋管中空气热阻较大,使其载流量比直埋方式的载流量有显著下降。为提高预埋管敷设方式下电缆输送能力,可向管道内填充导热介质以改善管道的散热状况。采用基于坐标组合的有限差分法,编制了电缆排管敷设温度场和载流量通用计算程序。程序计算结果与模拟试验及现场试验结果相符。计算结果表明,单回路电缆填充导热介质可提高载流量约5.6%,降低缆芯温度约7°C。多回路电缆由于电缆间的互热效应,填充导热介质对提高载流量的作用显著减小。管道内填充导热介质,可降低电缆运行温度,提高电缆输送能力。     

10 kV三芯交流电缆不同敷设情况下的直流化改造

交流线路的直流化改造可缓解城市部分线路供电压力过大的问题。为尽可能提高改造后电缆线路的功率传输能力,对改造后的运行参数即载流量和运行电压进行研究。文中以城市配电网常见的10 kV三芯交流电缆为例,对空气、直埋和排管3种敷设情况下的电缆进行直流化改造仿真研究。首先,依据温度场和电场仿真结果,得出3种敷设情况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。最后,对多回线路敷设时的温度场进行仿真。研究结果表明,3种敷设情况下,交流电缆直流化改造后,功率传输能力均有提升,且直埋敷设的提升效果最为明显。     

10kV交流XLPE电缆在不同直流拓扑结构和敷设方式下的直流载流量仿真研究

为了研究电缆敷设方式、直流拓扑结构以及环境因素对交流电缆直流载流量的影响,以10 kV交流配电网中广泛使用的三芯交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆为例,通过有限元仿真软件建立电缆温度场和流场耦合仿真模型,得到了直埋敷设、排管敷设和沟槽敷设下电缆分别以双极式、单极式、三线双极式(three-wire bipole structure based HVDC,TWBS-HVDC)3种直流拓扑结构运行时的直流载流量、温度分布和流场分布.结果 表明:在相同敷设方式下,电缆以TWBS-HVDC运行时的载流量最大,而以单极式运行时的载流量最小;电缆以单极式运行时的总电流容量最大,而以双极式运行时的总电流容量最小.与直埋敷设和排管敷设相比,沟槽敷设下敷设深度、深层土壤温度和土壤导热系数对电缆载流量的影响较小,而空气温度和空气对流换热系数对电缆载流量的影响较大.随着敷设深度的变化,其余环境因素对电缆载流量的影响程度也随之变化.研究结果可为10 kV交流XLPE电缆的直流改造工程提供理论依据.     

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。     

XLPE交流电缆线路改为直流运行的载流量设计与分析

在现役XLPE交流电缆线路的直流改造中,载流量的合理设计是关键问题之一,决定了改造线路的传输容量和运行可靠性。文中对同一线路在交、直流电压下运行时的等效热路模型及载流量解析算法进行了对比,分析了造成交、直流线路载流量差异的关键因素,并以空气敷设的三芯10 kV XLPE电缆为例,进行了同一线路在相同敷设条件下的交、直流载流量模拟试验。研究发现,目前直流改造所涉及的现役XLPE交流电缆线路,在进行直流载流量评估时,绝缘温差要求不成为限制条件,仅需考虑线芯温度限制、按照IEC60287-2017推荐方法进行计算;在线芯电阻、金属护套损耗、载流芯数、环境热阻及线芯允许长期工作温度等影响因素中,交流电缆改为直流运行后线芯允许工作温度由90℃下降为70℃,在很大程度上抵消了其他因素对载流量的有利贡献;10 kV XLPE电缆载流量模拟试验数据和解析计算结果吻合,偏差很小,验证了解析计算方法的有效性。对10、35 kV三芯和110 kV单芯电缆在不同典型敷设情况下的交、直流载流量计算显示,改为直流运行后,三芯电缆的载流量略有增加,单芯电缆稍有下降,变化幅度均未超过6.5%。     

预埋管内填充导热介质提高电缆载流量

采用场路结合算法,编制了电缆排管敷设温度场和载流量通用计算程序。程序计算结果与模拟试验以及现场试验结果吻合。结果表明,单回路电缆填充导热介质可提高载流量约5%~6%,在回路流过等电流时降低缆芯温度6~7℃。多回路电缆由于电缆间的互热效应,填充导热介质对提高载流量的效果显著减小。     

XLPE电缆排管敷设时稳定载流量的理论计算

介绍了排管敷设方式的交联电缆载流量的理论计算,包括单根电缆,等负载等截面多根电缆,负载不等、线芯截面不同的电缆,部分电缆等截面、等负载,部分电缆不等负载、不同截面的4种情况下埋地排管敷设方式的电缆载流量计算公式,并与无锡供电公司排管敷设载流量试验结果相比较,理论计算值与试验值误差不超过7%,符合工程需要。     

排管电缆群布置方式的联合优化方法研究

电缆群不同的布置方式会影响其温度场的分布,进而对其载流量产生影响。文中以3×4排管敷设配电电缆群为对象,利用COMSOL和MATLAB建立电缆群温度场联合仿真模型,以等负荷电缆群中最热电缆线芯温度最低为依据优化多回路电缆群的布置。在多回路所有布置方式电缆群温度仿真计算的基础上,最终确定电缆群的最优布置方式以及新增电缆最优布置方式。结果显示电缆群布置方式优化能显著提高电缆群载流能力,降低运行温度,对电缆的长期安全经济运行有重要意义。     

Improvement in cable rating calculations by consideration of dependence of losses on temperature

In this paper a new method is proposed that allows estimation of conductor temperature and cable losses as a function of conductor current and some parameters corresponding to the nominal loading conditions. Such parameters include cable rating and loss factors computed by the cable manufacturer for the laying conditions specified by the user. There are two major applications of the proposed approach: one relates to rating of power cables with current measurements alone and the other to the computation of the external thermal resistance with a nonunity load factor used in the Neher/McGrath approach. Both applications are examined in this paper.     

中低压交联电缆密集敷设载流量试验研究

用研制的大电流测控装置和多点温度测量仪试验确定了3×7孔排管和1×8根并行等密集敷设条件下的电缆载流量;得出电缆通流下导体和护套表面以及周围运行环境的温度关系;分析了试验值与IEC相关标准理论计算值的差距及其原因;结合工程实际提出了上海地区电缆载流量建议值和紧急过负荷电缆电流控制值,以为运行管理提供技术参考。     

直埋XLPE电缆在不同敷设条件下的温升与载流量仿真

土壤直埋因具有施工周期短、散热性能好等优点而被广泛应用于电力电缆的敷设。埋设过程中各种敷设条件对电缆的温升和载流量都有着重要影响,文中采用Comsol有限元仿真软件,以110 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene, XLPE)电力电缆为研究对象,在直埋敷设的基础上考虑回填沙土、加盖混凝土保护板、装设套管等多种因素,建立包含电磁场、热场和流体场的耦合模型,分析这3种敷设条件对电缆温度场变化及载流量的影响。仿真结果表明：回填沙土会提升电缆载流量,随着回填沙土厚度的增加电缆载流量提升速度变缓;加盖混凝土保护板对载流量的影响较小,与不加盖时相比载流量提升幅度在0.5%以下;在排管内填充高导热材料会提升电缆载流量,相比于无填充情况,三相均填充高导热材料与中间相填充高导热材料、其他两相填充低导热材料时载流量的提升幅度均高于50%;在考虑上述因素同时存在情况下,有利于电缆载流量的提升。     

电力电缆载流量计算及提升的研究现状及展望

随着电力电缆载流量计算精度要求的提高和复杂敷设方式的出现,载流量的计算及提升成为了电缆的研究热点之一。首先,介绍了电缆载流量计算的系数法、热路法和数值法,讨论了目前的研究对象和研究方法。然后,探讨了电缆载流量的提升方式,包括敷设环境、敷设方案和负荷分配的优化提升。最后,对电缆载流量计算及提升方法进行总结和展望。     

基于有限元温度场仿真的排管敷设电缆及新增电缆的位置优化

电缆排管敷设设计之初就考虑到了通过增加电缆回路满足后期增容要求。电缆原始及新增位置不同时,断面温度场和载流量也不同,故有必要对电缆原始及新增位置进行优化。以3×4排管敷设配电电缆为例,建立温度场有限元模型,对比温升试验与有限元计算结果,验证了有限元模型的有效性;基于该模型,在各回路加载相同电流前提下,以发热最严重电缆线芯温度最低为依据,对原始6回路及新增1回路进行位置优化。仿真研究表明,电缆分布越分散温度场分布越均匀,发热最严重电缆线芯温度越低;最优新增电缆位置与原电缆位置有关,因而建议在电缆位置优化时应考虑后期电缆回路的增加。     

XLPE三芯电缆稳态并联热路模型及实验验证

交联聚乙烯材料的三芯电缆广泛应用于低压配电网中,但长期以来,关于电缆载流量计算的研究多集中于单芯电缆。考虑到三芯电缆与单芯电缆的结构差异,在IEC 60287标准计算的基础上,利用传热学知识,理论推导了三芯电缆并联结构的6层4节点稳态热路模型。采用形状因子法计算热阻参数,利用外表皮温度反推计算得到电缆各层温度。为了验证计算的准确性,设计了空气敷设和土壤敷设两种敷设方式下的升流实验,测量得到稳态时导体线芯、绝缘层、铠装层和外表皮温度,并与理论温度计算值进行了比较分析。分析结果表明,利用提出的热路模型进行三芯电缆载流量计算的误差在允许范围内,可应用于工程实际。     

高压单芯电缆单相接地故障护套过电压特性仿真分析

高压单芯电力电缆在敷设过程中,为了限制感应电压、增加单段电缆长度、减少中间接头数量,金属护套层往往采用交叉互联接地.若电力电缆发生单相接地故障,在交叉互联点会感应出较高的过电压,影响电缆使用寿命.对此利用电磁暂态软件EMTP,研究了在单相接地故障情况下高压单芯电缆金属护套过电压特性,分析了电缆整体排列方式、接地电阻、负荷性质、交叉互联各小段电缆长度以及混合排列方式对金属护套过电压的影响程度.研究结果表明:电缆整体排列方式、交叉互联各小段电缆长度和混合排列方式对金属护套过电压的影响较大;接地电阻和负荷性质对感应过电压的影响较小.