电缆沟敷设方式下电缆温度场计算模型

针对电缆沟敷设方式下电力电缆的广泛应用以及传统方法载流量计算参数较难确定的不足,根据传热学的基本原理,利用有限单元自动划分法,建立了一种基于有限元法的电缆载流量计算模型,能够按照实际敷设情况的变化对模型参数进行修改。根据电缆的结构参数和周围敷设区域的物性参数分析了电缆沟中电缆区域温度场分布情况,并提出了一种基于二分法来计算电缆载流量的方法。可为优化电缆敷设方案提供理论依据。     

三芯电缆载流量及温度场计算的有限元法

针对直埋方式的三芯交联聚乙烯（XLPE）电力电缆利用有限元法能任意布置结点和网格的特点,建立了地下电缆温度场计算模型,阐述了其计算原理.通过实例计算结果与实验数据对比表明,采用有限元法分析电力电缆载流量和温度场切实可行,且计算精确度高.     

排管敷设电缆群暂态温度场和短时载流量数值计算

地下排管敷设已经成为电缆敷设的主要形式,准确计算地下排管敷设电缆群的暂态温度场和短时载流量对合理调配电缆线路短时负荷具有重要的意义.为此,利用有限差分法将地下排管敷设电缆群暂态温度场计算过程分为离散的时间步,在每一个时间步内,利用有限元法计算地下排管敷设电缆群的温度场分布,最后给出了整个时间域内地下排管敷设电缆群的温度...     

排管敷设电缆群温度场和载流量数值计算

为充分利用电力电缆线路的传输容量,提高电缆的利用率,准确计算电缆线路的温度场分布,建立了地下排管敷设电缆群的热传导、热对流、热辐射微分方程,给出了2维共轭温度场的求解域和边界条件,利用涡量-流函数和伽略金法给出了自然对流的变分方程,利用迭代和耦合算法对方程进行了有限元分析和计算。给出了给定电缆负荷的温度场分布图,迭代计算了单回路和多回路交联聚乙烯电缆系统的载流量。排管内带绝缘发热管的试验和计算的对比,验证了计算模型的有效性。     

基于有限元法的排管敷设电缆温度场和载流量的计算研究

电力行业长期以来使用IEC 60287标准对地下电缆温度场和载流量进行计算,但该方法只适用于简单条件下的结果计算,不适用于过程分析。为研究排管敷设电缆工作时温度场和载流量之间的相互关系,为分析不同外界条件对温度场和载流量的影响情况,利用有限元法建立了排管敷设电缆温度场的仿真模型,对电缆的温度和载流量进行计算和分析。用IEC 60287标准对仿真模型进行验算,验证了仿真模型的有效性和准确性。由仿真结果可知,电缆工作时热量呈辐射型向四周传递,最终经过地表和左右远处土壤进行散热;管道内部受空气影响而难以散热。对地表温度、电缆间距和埋深等参数进行调整,分析了不同外界条件对排管敷设电缆温度场和载流量的影响,得出电缆间距在0.5 m、埋设深度在1.5 m以内时,调整间距和埋深会对电缆的温度和载流量产生较大影响。     

沟槽电缆温度场和载流量的数值计算

沟槽敷设方式下电缆附近的温度场同时受到周围空气、周围土壤和地表空气的影响,对其温度场的分析有助于准确确定沟槽电缆的载流量。该温度场中的热传递过程是流固耦合的,固体区域用热传导微分方程描述,沟槽内空气采用动量方程、能量方程和连续性方程与热辐射方程描述,流体和固体间热传递采用迭代法求解。采用三维有限元和涡量-流函数耦合求解上述热扩散方程,求得整个场域的温度场分布图和沟槽内空气层的流动方程,然后利用迭代法计算沟槽内电缆的载流量,直到导体温度为363K。计算结果显示,沟槽内存在较强的空气自然对流散热,沟槽内单根400mm2 YJV22XLPE电力电缆的载流量为825A,比直埋载流量提高了30%,比排管敷设载流量提高了51.9%。研究结果表明利用有限元和涡量-流函数,可以准确计算沟槽敷设电缆群的流场和温度场分布,从而准确计算沟槽敷设电缆的载流量。     

穿过不利散热区域排管电力电缆的三维热路模型分析计算

目的当整条电缆线路被敷设时,由于环境的变化引起部分电缆段热阻高于周围环境介质的区域,导致处于此区电缆段导体温度也高于线路中剩余缆段,从而影响整条电缆的载流量下降。方法根据电缆周围环境介质热特性不同,分析穿过不利散热区时的电缆同时产生径向和轴向热流,利用调和平均法对电缆薄层处理,从而建立和简化不利散热区的三维离散热路模型,修正外热阻计算参数;基于IEC60287电缆载流量计算的基础上,迭代计算三维热场中电缆的稳态载流量。结果通过对单回路三根型号YJV8.7/10k V 1×300电缆的仿真计算,得到电缆轴向导体温度分布曲线和两个温度区域的排管敷设交联聚乙烯电缆的载流量。结果显示电缆稳态时载流量降低达40%以上。结论穿过不利散热区的电缆轴向温度和载流量的计算分析,为电力部门相关工作人员确定电缆载流量提供了参考数据。     

电缆群排管敷设形式下的分流运行优化方法

夏季地下排管电缆聚集运行温度异常,电缆温度过高会加速电缆绝缘材料的老化,热量累积到一定程度,还可能引起起火事故。为降低地下排管中电缆运行温度,提出了电缆群排管敷设形式的优化方法。基于有限元法计算地下排管中电缆群运行温度场,建立了电缆群敷设形式优化计算模型。以电缆群中最高温电缆的温度降到最低为目标函数,电缆群中总载流量不变为约束条件,对电缆群中温度较高的电缆进行分流优化计算。通过Comsol Multiphysics软件仿真计算的结果可见,与未优化之前相比,采用优化方法后排管中最高温电缆的导体芯温度降低了约11%,电缆群最大温差降低了3.6℃,增加了电缆群温度场分布的均匀度,优化效果显著。     

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。     

电缆沟敷设方式下电缆载流量计算及其影响因素分析

根据传热学的基本原理,利用有限单元自动划分法,建立了一种基于有限元法的电缆载流量计算模型,能按照实际敷设情况的变化对模型参数进行修改。根据电缆的结构参数和周围敷设区域的物性参数分析了电缆沟中电缆区域温度场分布情况,并提出基于二分法计算电缆载流量的方法。对比分析结果表明,相对于IEC60287中的热路法,该模型不仅计算结果准确,而且能更方便地考虑外界环境因素对电缆载流量的影响。通过实例仿真得出不同影响因素对电缆温度场分布的影响规律,并验证了该模型的准确性和可靠性。     

地下电缆载流量评估影响因素数值分析

利用有限元法对影响地下电缆温度场分布的地表空气温度、电缆埋地深度、土壤热阻系数、有无回填土、电缆排列方式、电缆接地方式等因素进行了分析,利用弦截法计算地下电缆群载流量,给出电缆载流量随各项参数变化的关系,为根据实际环境和敷设条件选择合适的电缆载流量提供依据。     

基于分布式光纤测温系统的单芯电缆瞬态温度场数值计算

为了保证地下电缆的可靠运行,电力部门的常规做法是在电缆表面安装分布式光纤温度传感器（DTS）,对电缆的热状态进行直接监测。由于电缆的载流量取决于导体的持续运行最高温度,因此基于传热学原理,利用通用有限元软件对计算场域进行自动划分,通过提取得到的单元与节点信息自主编制有限元计算程序,结合实时变化的负荷数据及DTs测量的电缆表面温度,分析计算了单芯电缆的瞬态温度场。通过110kV1×630mm^2交联聚乙烯电缆的试验研究,对比电缆导体温度的测量值和计算值,结果表明,自主编制的有限元计算程序能够准确地计算电缆的瞬态温度场,为电缆安全高效的运行提供了有效的理论依据。     

±160 kV直流XLPE海底电缆载流特性仿真及试验

南澳岛±160 k V多端柔性直流输电工程在我国首次采用了高电压、大长度的挤包绝缘直流电缆系统,而目前在国内尚无此电压等级直流电缆工程的运行及维护经验,因此亟需对交联聚乙烯(XLPE)直流电缆的载流特性展开研究,从而为直流电缆线路运行限值的控制以及在线监测系统的定制提供技术支持。通过研究不同敷设环境下直流电缆的散热原理,采用专业有限元软件COMSOL Multiphysics建立了带保护套管埋地敷设方式下±160 k V直流XLPE海底电缆的温度场模型,用以模拟其温度分布和计算其载流量;通过在试验场地开展静态载流试验,对仿真模型的可靠性进行了验证;对试验结果进行讨论,分析得出了直流海缆的载流特性。     

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。     

复杂环境中海底电缆温度场及载流量模型研究*

载流量是海底电缆运行调度的重要参数,受最高允许工作温度所制约,建立考虑复杂海洋环境中洋流影响的海底电缆温度场及载流量模型具有重要意义。针对传统解析法计算复杂、仅适用于特定敷设环境等问题,根据电 热 流多场耦合理论,基于有限元分析技术分别建立了埋设和铺设两种敷设方式下的高压三芯交联聚乙烯(XLPE)海底电缆温度场及载流量分析模型,并研究了洋流流速及温度对海缆载流量的影响。研究结果表明,所建模型与传统解析法相对误差在5%以内;相同环境因素下,铺设海缆稳态载流量比埋设高出200~330 A不等,且两者变化率在低流速时更灵敏,但不受洋流温度所影响;此外,短时应急载流量允许运行时间与其大小及初始缆芯温度成反比关系。     

窄通道下排管敷设电缆群负荷优化

电力管道施工过程中,有时不可避免地要经过道路狭窄或地下管网密集的区域,为了保证安全水平净距,通常将此段电缆群变更为通道较窄的布置方式,但这会导致电缆群载流能力减小。将传热学原理和矩阵论相结合,基于IEC 60287提出了一种窄通道下电缆群不等负荷的矩阵优化方案,针对几种典型排管敷设的窄线路建立了有限元模型并进行温度场仿真,验证了优化方案的准确性;最后通过对实际工程通道变窄前后的负荷进行对比设计了合适的窄线路,结果表明该通流方案可提高电缆的利用率,减小了通道变窄对载流能力的影响,窄线路采用不等负荷通流方案可提高电缆的输电能力,随着回路数的增加最大可提升6.53%。     

基于FEM的直埋电缆载流量与外部环境关系的计算

利用有限元法对有外部热源的直埋电缆区域进行剖分,计算了给定电缆负荷的温度场.利用对分法计算了导体温度等于绝缘长期耐受温度时的电缆负荷,确定了有外部热源和地表空气温度变化时的直埋电缆的载流量.计算结果给出了电缆载流量随电缆与外部热源间距的变化规律,以及电缆载流量随地表空气温度的变化规律,为工程实际提供了参考依据.     

暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程

高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布,而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件,暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程,建立热学有限元模型,仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程,并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高,仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程;通过构建导体温度暂态分量和稳态分量,可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合,拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。     

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。     

暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程

高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布,而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件,暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程,建立热学有限元模型,仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程,并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高,仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程;通过构建导体温度暂态分量和稳态分量,可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合,拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。