基于叠加原理的光纤复合低压电缆 热路模型建模

光纤复合低压电缆(OPLC)将光纤与电力电缆有机地结合在一起,在建设智能电网、能源互联网的发展中具有重要的作用。温度的变化对OPLC运行状态、参数测量准确度具有较大的影响,建立OPLC的热路模型具有重要的现实意义。针对OPLC种类繁多、结构各异的特点,提出了一种基于叠加原理的OPLC热路模型建模方法,首先将不对称的OPLC等效成几个对称的子模型分别建模,然后利用叠加原理将各模型叠加。在此基础上,利用粒子群算法实现模型参数辨识,提高参数精度,得到精确的热路模型,进而实现OPLC不同位置温度的精确计算。该文以四缆芯OPLC为例建立OPLC热路模型,通过仿真分析和实验验证,证明了所提方法的有效性。     

基于有限元分析的光纤复合低压电缆热场仿真和结构优化

光纤复合低压电缆（OPLC）是由绝缘导体和光单元组成的复合电缆,可以实现低压电力和光通信双重传输。依据OPLC的运行原理,分析其运行过程中的电热关系,对OPLC内光纤温度与光纤传输损耗关系进行研究分析,说明了光纤温度变化对其传输损耗的表征作用。针对OPLC工作时电热效应导致光纤温度升高问题,从调整OPLC结构的角度提出优化模型,依次改变光单元位置 、耐热层材料、耐热层厚度,采用具有微管结构的光单元。利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合仿真软件进行仿真,分别计算了OPLC在额定工作状态下原始结构与优化后结构的温度分布。采用优化结构后光纤温度由86.8 ℃降低至77.25 ℃,表明本文提出的OPLC优化结构可以有效降低电热效应对光纤的影响。     

基于光纤复合低压电缆的光纤到户新技术

电力光纤到户是智能电网建设的关键支撑技术之一,光纤复合低压电缆是实现电力光纤到户的更好传输介质.通过含松套和紧套结构光传输单元的两种结构OPLC设计、制造扣试验对比,证明松套光纤结构更适宜;也证明含干式光单元的OPLC有更佳的机械和光学性能.OPLC已经成功应用于中国电力光纤到户示范工程.     

OPLC接头盒的研制

光纤复合低压电缆（OPLC）集电缆的输电功能和光纤的通信功能为一体,近年来随着智能电网的发展,OPLC线缆将会在市场广泛应用。其中OPLC的接续涉及到光电安全分离、光纤接续及保护、电缆连接及保护等,是OPLC实现光纤到户的重要技术之一。为了解决这些技术问题,研制了OPLC接头盒。文章分析了OPLC的接续特点及OPLC的光纤接续引出的要求。介绍了OPLC接头盒的研制过程,为智能电网的推广提供借鉴。     

OPLC结构和应用的探讨及光纤后安装方案

OPLC是绝缘线芯与光传输单元的组合,光传输单元在OPLC结构中的位置将影响光传输性能.OPLC在电和光分离时,要求光传输单元的长度大于绝缘线芯,截去绝缘线芯将导致资源消耗.文中指出光传输单元应处于OPLC缆芯的侧面位置,同时提出了OPLC中光纤后安装的方案.该方案中OPLC含有绝缘芯线和空心微管,将OPLC按正常的电...     

基于参数拟合技术直埋电缆的缆芯暂态温度计算

电缆温度的暂态计算对其传输容量的合理分配及安全预警具有重要意义。然而在实际计算直埋电缆的温度时,存在电缆绝缘材料及周围土壤的热参数（密度、比热容、导热率）不易获取,或绝缘材料的热参数因老化而改变等问题,使得数值方法和传统热路法难以实现对电缆温度的精确计算。当电缆状况和敷设环境已知时,在传统电缆热路模型的基础上,提出了一种通过信赖域算法后,再根据实测量温度来拟合改进的热路模型参数的方法,并得出电缆的缆芯和表面温度简化计算式,避免了绝缘层和敷设环境热参数难以获取的问题,减小了电缆温度的计算量。最后使用110 kV XLPE电缆开展直埋电缆的温升实验,将实测温度与计算值对比,仅存在较小的误差,证明了热路参数拟合和温度简化计算式的准确性。     

光纤复合中低压电缆在智能电网中的应用

光纤复合中低压电缆主要应用于智能电网中低压配电线路,在电网系统中可实现电力传输网络与光纤网络的同步建设。重点介绍光纤复合中压电缆(OPMC)和光纤复合低压电缆(OPLC)的结构、安装接续及其在线监测中的应用。     

采用Laplace方法的单芯电缆线芯温度动态计算

电缆线芯温度是电缆安全运行的重要参数。针对电缆线芯温度难于实时监测的问题,结合电缆传热学原理,提出基于电缆实际运行电流和表面温度计算电缆线芯温度的方法。首先建立电缆线芯温度动态计算的热路模型,进一步推导出计算电缆线芯温度的Laplace热路模型;然后剖分连续运行电流为阶跃输入值,并代入基于集中参数法所建立的Laplace热路模型,从而实现连续变化电流作为电缆线芯温度计算的实时输入量。通过试验研究和误差分析,基于电缆表面温度和实际运行电流实时计算线芯温度方法可以满足线芯温度实时监测,进一步研究分析能够实现载流量预测。     

考虑轴向传热的单芯电缆线芯温度实时计算模型研究

为了研究轴向传热对电缆线芯温度的影响,首先以单芯电缆的三维微元热路模型为基础,建立了考虑单芯电缆轴向与径向传热的三维热路模型,且根据该三维热路模型实现了单芯电缆线芯温度实时计算的理论推导。其次,通过不同敷设环境下分别加载恒定与阶跃电流的实验,讨论了电流、电缆敷设环境与外界环境温度等因素对轴向、径向温度分布的影响。实验结果表明,电流是决定轴向温度梯度变化趋势的主要因素,空气中电缆的线芯温度上升速度最快,土壤中电缆次之,水中电缆最慢。最后通过有限元仿真工具,对比了空气中电缆中间接头三维有限元模型与二维有限元模型计算的线芯温度。研究结果表明,只考虑电缆径向传热的二维热路模型会造成线芯温度计算的误差,而考虑电缆轴向与径向传热的三维热路模型能够提高计算的精度。     

500 kV充油海底电缆导体温度分布式光纤传感监测及应用

依据海南联网系统500 kV海底电缆捆绑特殊海底光缆的实际情况,通过分布式光纤传感技术结合经有限元仿真模型优化的IEC60287热路模型的方法可以监测海底电缆内部的温度分布。在实验室中搭建岸上模拟实验平台,利用中压电缆捆绑光纤的结构进行捆绑电缆岸上模拟实验。同时,将经验证的温度监测方法应用于海南联网系统500 kV海底电缆,以C相空气段为例监测捆绑电缆光单元的温度。采用有限元仿真计算电缆表面的温度,根据电缆表面的温度基于热路模型推导出对应的导体温度,得到电缆导体在实际运行过程中的温度变化。岸上模拟实验测量的导体温度与数值计算得到导体温度的误差低于1.77%, 验证了海底电缆导体温度监测方法的准确性。     

超特高压阀侧套管的绝缘配合与电热场分析

主要分析了特高压直流阀侧套管的电场和热场的分布情况。由ANSYS仿真了线性和非线性下电场分布。由热电类比的方法模拟出热场暂态分布,同时也给出了套管的稳态温度分布情况。目前尚未建立套管热场的有限元模型,因此提出可以建立套管的有限元模型,对其热场进行分析。     

基于电磁-热耦合场的架空输电线路载流量分析与计算

架空输电线路的允许载流量是保证其安全运行的重要参数之一。根据架空输电线路产热和散热的特点,建立了架空导线的磁场-温度场耦合二维有限元分析模型,确定电磁-热耦合场分析的边界条件,求解得到了架空输电导线内部电磁场分布。将得到的焦耳热损耗作为热源耦合至热场模型进行计算,并采用数值迭代法求解得到架空输电导线的允许载流量。此外,基于该仿真模型通过仿真分析得出了不同外部环境因素对架空输电线路载流量的影响规律。该研究成果可以为架空输电线路的热分析和载流量计算提供一定的参考。     

基于PLECS的SiC逆变器热设计研究

SiC器件在逆变器中的应用,使散热设计成为了高频逆变器的一个关键技术。为此,文章提出一种基于PLECS软件的SiC三相逆变器热设计方法。建立了SiC逆变器总损耗的计算模型,进行了热阻等效,并分析了散热器热阻值几何结构、特性参数的关系。在此基础上以功率10 kW的SiC MOSFET逆变器为应用对象,在PLECS软件中搭建了SiC逆变器的热-电系统,仿真分析了SiC MOSFET的损耗来源,设计了合适的散热器热阻值,根据散热器热阻模型设计散热器并在实验中完成测试,验证了该热设计方法的合理性与正确性。     

热辐射对圆管内层流半透明流体换热的影响

通过数值模拟圆管内半透明流体层流充分发展流动时的辐射与对流耦合换热,了辐射对耦合换热中的温度分布及对流换热的影响,流体是吸收,发射与各向同性散射常物性百介质,管壁温度保持均匀,恒定。采用离散坐标法求解圆柱坐标系下的非线性积分一微分形式的辐射的传递方程,以获得介质内的辐射换热项,并将该项作为耦合换热能量控制方程的源项处理。采用控制容积法离散能量控制方程,并结合管内层流充分发展流的速度分布进行数值求解,在不同的贝克利数和光学厚度条件下,考察了介质的辐射－导热参数以及散射反照率对耦合换热中的无量纲温度分布及对流换热局部努射尔数分布的影响。研究结果表明,热辐射对圆管内层流半透明流体的传热特征有重要影响,除了促进流体内温度场的发展外,热辐射作用还使对流换热局部努谢尔数分布发生较大变化。与相应条件下无辐射伴随发生的对流换热相比,辐射与对流耦合换热中的对流换热局部努谢尔数在加热起始位置附近的一个区域内首先下降,然后逐渐回升,随着热边界层的充分发展最终达到一个更高的数值,并保持稳定,对加热管（流体被加热）和冷却管两种不同场合中的耦合换热,热辐射在后者中所起的作用更加明显。     

关于热导率测量的讨论

热导率是评价温差电材料热电性能的重要参数之一。通过实验发现,目前市售的激光法测量热导率仪器的热扩散率测量数据较可信,差距较小。但是比热的测量数值误差较大,重复性较差;比热的理论计算值与实际值差距也较大。作者认为,为了获得可信的热导率数值,应当用激光法测量热扩散率,用DSC法测量比热,用阿基米德法测量密度。     

基于外壳热分布的气体绝缘母线温度计算模型

气体绝缘母线在运行过程中负荷电流和外壳涡流将引起设备发热,其温升特性是表征气体绝缘母线运行状态的重要指标。文中基于传热学原理和热电类比法,将126 kV/2 kA户内型三相共箱式气体绝缘母线内部传热过程等效为一个简单的集总参数热路,考虑导体热容、接触电阻、导体和外壳换热系数以及分别与SF_6气体之间的非线性热阻等因素,提出了气体绝缘母线动态等效热路模型。并设计了三相气体绝缘母线温度测量试验,将模型计算结果与试验结果进行对比分析,验证了气体绝缘母线动态热路模型的准确性和有效性,并通过热路模型得到了外壳与导体的对应温升曲线。     

Research on Power Fiber to the Home for Smart Gird and Its Applications

Information and communication technologies, which enable information exchange between power grid and power consumers, are critical components in smart grid. For millions of residents to interact with smart grid in the future, there should be an economical and practical schedule to realize the information exchange in low voltage. In this paper, an autonomously developed smart grid product, the optical fiber composite low voltage cable (OPLC), is introduced. OPLC has brought simultaneous transmission of power flow and information flow into reality and solved the high-speed and reliable terminal broadband access problem in the 400 volts power grid. By adopting OPLC and advanced information and communication technologies, such as network security isolation equipment and ethernet passive optical network (EPON), power fiber to the home (PFTTH) (a new network structure from low voltage side of distribution transformer to the household) is presented. The typical application in the smart grid community based on PFTTH shows that PFTTH can integrate electric network businesses and public network businesses in the same cable. The pilots of smart grid communities prove PFTTH is successful in smart grid application, and is an effective and attractive way for the co-development of energy and information.