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.     

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。     

基于粒子群算法的电力电缆排管敷设长度优化设计

目前常规的电力电缆排管敷设长度优化方法主要通过有限元分析法对电缆载流量进行约束，但优化后容易超出电缆最大负载能力，导致常规方法下的电缆散热性较差。对此，提出基于粒子群算法的电力电缆排管敷设长度优化方法。通过对敷设长度制约因素进行分析，计算出电缆排管的最大敷设长度，并搭建多转角电力电缆排管敷设模型，采用粒子群算法对最优长度进行迭代与更新。在实验中，对构建出的敷设长度优化方法进行了敷设效果的验证，结果证明利用提出的方法对电缆敷设长度进行优化后，电缆的温升方差变化更稳定，电缆散热性得到了有效提高。     

电缆分布式光纤测温系统测量结果符合性的比对试验

为验证应用在电缆线路上的分布式光纤测温系统(DTS)对电缆导体温度和动态载流量计算的符合性,实时测量了不同的敷设环境下电缆在施加相应的负荷电流时的导体温度,以此验证了DTS的导体温度和动态载流量计算符合性,并完成了隧道、直埋等典型敷设环境条件下的周期负荷、随机负荷电流等条件下验证试验研究。结果表明,比对试验方法可有效判断应用在电缆线路上的DTS的性能;有效验证DTS对电缆导体温度和动态载流量计算的符合性;提高DTS计算的精确性;提高DTS在电缆线路安全运行中应用的作用。     

基于电磁-热-流耦合场的非开挖敷设方案的海底电缆载流量计算

海底电缆在登陆处采用非开挖敷设方式时,由于埋深较大、管道内散热较差,该敷设段成为整个海底电缆载流量的瓶颈点,为此搭建基于电磁场、流体场和热场3物理场的耦合模型,计算对比不同敷设方式下海底电缆载流量的受影响情况。首先借助于Comsol软件建立了电磁-热-流耦合物理场的有限元模型,将电磁场、温度场及管道内的空气流速场耦合求解,得到给定负荷电流下的温度分布和管内空气流速分布特性;继而以广东某地2个回路220 kV 3芯交联聚乙烯(polyethlene,PE)绝缘3×500 mm^2海底电缆为例,分析计算海底电缆在水泥顶管和定向钻PE排管2种情况下的载流量。结果表明:采用水泥顶管敷设方案时能满足工程输送容量的要求,而采用PE排管敷设方案的载流量略低于额定值;另外可通过改变管道材质、管道内充水达到提升非开挖敷设方式下海底电缆载流量的效果。     

回填低热阻材料对排管敷设电缆载流量的提升研究

针对排管敷设电缆散热效果差而导致电缆线路载流量瓶颈的问题,以2×3排管敷设2回路110 kV电力电缆为研究对象,通过热路模型和大电流试验分析了管内回填低热阻材料前后电缆载流量的变化情况,并基于有限元仿真模型分析了电缆载流量与回填材料导热系数的关系。结果表明：2×3排管敷设2回路110 kV630 mm2电缆时,相比于管内无回填的情况,管内回填低热阻材料后电缆载流量可提升25.22%。随着回填材料导热系数的增大,电缆的载流量不断增加,但增加的速度越来越缓慢,电缆载流量最终趋于稳定。当回填材料的导热系数由1 W/(m·K)增至7 W/(m·K)时,电缆载流量的提升率为8.99%;当回填材料的导热系数由7 W/(m·K)增至13 W/(m·K)时,电缆载流量的提升率仅为2.00%。     

直埋集群敷设配电缆的载流量多回路修正系数校核

配电网中电缆线路多、负荷重,集聚敷设十分常见。为了计算电缆集聚敷设载流量,开发了三芯电缆载流量计算软件。通过软件计算和现场试验,研究并校核了直埋敷设多回路修正系数。结果显示,单回路和四回路载流量试验结果与计算值吻合,验证了理论计算的正确性。多回路修正系数研究还表明,目前正在使用的直埋敷设多回路10 kV三芯电缆载流量修正系数偏大,不利于配电电缆线路的安全运行,建议采用所提出的直埋集聚敷设多回路修正系数推荐值对其进行修正。     

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。     

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。     

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。     

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。     

复杂运行条件下交联电缆载流量研究

载流量是决定电力电缆经济可靠性最重要的参数。针对城市地下电力电缆电网运行条件复杂化,电缆线路载流量因素难于确定的状况,首次在国内开展了110 kV交联电缆载流量的试验研究,模拟实际条件进行了110kV交联电缆在大埋深、多回路以及在各种负荷状态等条件下的电缆载流量试验。通过试验研究,给出了不同运行条件下电缆载流量,得到了不同敷设形式、负荷状况下电缆的负荷电流、导体温度、表面温度间的关系数据,并对电缆线路载流量的主要影响因素进行了分析。通过研究得到了几种特定敷设条件下电缆载流量试验的数据,给出了电缆线路典型的外部热环境参数参考值。研究结论能够直接用于城市电网的实际运行,并能作为电缆线路设计、优化以及运行时载流量控制的指导数据。     

穿过不利散热区域地下电力电缆周期负荷因数的研究北大核心CSCD

在实际电缆敷设时,由于受到环境条件的限制,电缆有时会穿过不利于散热的区域,此时电缆线路的周围环境为非均匀介质环境,在不利散热区电缆段的环境温度或者周围土壤热阻高于其线路的其他地方,导致处于此区电缆段导体成为热点,其会呈现电流峰值,从而会影响整条线路的载流量。文中通过分析电缆周围介质不同的热特性,且考虑电缆线路存在轴向热流,建立了不利散热区的电缆离散的空间三维热路模型;基于标准IEC 60287和IEC 60853电缆载流量的计算,提出不利散热区电缆周期负荷因数的计算方法,从而获得电缆日(24 h)周期内允许电流峰值。经过MATLAB软件进行计算仿真后,得到沿电缆轴向的导体温升分布值。结果显示:处于不利散热区的电缆段在周期负荷运行时,会使电缆线路载流量的峰值降低,本例敷设条件下,三回路YJV8.7/10kV 3×300电缆载流量降低达30%左右。通过文中的修正计算,将会为地下电缆安全可靠的运行及电力部门工作人员解决相关问题提供了一种有效的参考。     

穿过不利散热区域地下电力电缆周期负荷因数的研究

在实际电缆敷设时,由于受到环境条件的限制,电缆有时会穿过不利于散热的区域,此时电缆线路的周围环境为非均匀介质环境,在不利散热区电缆段的环境温度或者周围土壤热阻高于其线路的其他地方,导致处于此区电缆段导体成为热点,其会呈现电流峰值,从而会影响整条线路的载流量.文中通过分析电缆周围介质不同的热特性,且考虑电缆线路存在轴向热...     

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。     

采用低热阻系数回填材料提升穿管敷设电缆载流量

为提升穿管敷设电缆载流量,建立了全尺寸的模拟载流量试验系统,通过理论和试验分析研究了低热阻系数回填材料对提升穿管敷设电缆载流量的作用。采用温升试验评估了10 k V三芯电缆在3×3排管群以及110 k V单芯电缆在单根穿管内采用低热阻系数回填前后载流量的变化。结果表明,可流动低热阻系数回填材料能有效改善穿管敷设电缆的载流量;与填充前相比,回填后3×3排管群敷设电缆的载流量提升了17.2%,单根穿管敷设电缆的载流量提升了14.5%,3×3穿管电缆群最热电缆外部热阻下降了23.4%,与IEC 60287标准的分析结果相符。低热阻材料能消除穿管内密闭空气对电缆散热的不良影响,有效提升电缆载流量。     

排管敷设XLPE电缆稳定载流量试验研究

文章针对无锡电力公司东亭变电所的电缆线路,进行了一排4孔(1×4)4根10 kV三芯交联电缆、三排4孔(3×4)12根10 kV三芯交联电缆、三排4孔(3×4)10 kV三芯电缆及三排4孔(3×4)110 kV单芯电缆共24根电缆等3种电缆敷设方式的载流量试验。试验结果证实:不同敷设方式对电缆的允许载流量影响很大,一排4根电缆敷设方式的载流量比单根电缆敷设方式的载流量下降了24%;三排12根10 kV电缆敷设方式的载流量下降了42%;24根电缆敷设方式的载流量有多元解,按文章中的试验条件,该电缆敷设方式的载流量下降了44%。文章介绍了试验过程记录,还对今后电缆排管敷设提出了应注意的事项。     

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。     

提高单世电缆短时负荷载流量的试验分析

最大限度的利用电力电缆的输送容量一直是电缆设计、运行管理和电力调度所关注的问题.为了提高运行电缆的短时负荷载流量,对影响电缆导体温度的环境热阻和环境温度两个因素进行了局部灵敏度分析,并设计了110 kV交联聚乙烯单芯电缆土壤直埋、水中敷设、空气敷设3种条件下的阶跃电流温升试验,对试验数据进行分析发现:3种环境不同电流下...     

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。