基于有限元分析的埋地电缆温升影响因素研究

针对YJLW02 66/110 k V 1*1000型电力电缆运行时,电缆载流量与电缆间距如何影响电缆发热的问题,研究IEC标准中关于电缆损耗的有关计算方法,以电缆导体损耗、绝缘介质损耗与金属护套损耗作为电缆内部发热源,利用有限元分析软件ANSYS建立单回路埋地电缆土壤直埋、排管2种敷设方式的模型,并进行仿真分析。结果表明:随着电缆载流量的升高,电缆导体温度会加速升高;随着电缆间距的增大,电缆导体温度逐渐降低,且当电缆间距大于0.2 m时,温度变化会趋于某个稳态值。     

电缆载流量试验热稳定判据及试验误差的研究

运行中电力电缆线芯温度随负荷电流和电缆本体及周围媒质热特性参数的变化而变化,准确地确定电缆暂态温度场和线芯温度是提高电缆输送能力的基础。针对有限差分法计算电缆温度场难以处理电缆圆形边界和周围土壤矩形边界的问题,采用阶梯直线代替电缆圆形边界,在直角坐标系中直接求解电缆暂态温度场。基于坐标组合的有限差分法和大电流模拟试验验证该方法的有效性和实用性。计算程序分析了恒定负荷电流下电缆线芯的温升过程和载流量试验误差。计算结果表明:电缆线芯温升速度随土壤热阻系数的增加和电缆根数的增加而减慢,目前载流量试验中采用的热稳定判据可以使载流量试验值显著高于载流量实际值。     

电缆载流量计算方法研究

电力电缆的载流量因受敷设方式、运行条件和周围环境等因素的影响而不易确定,准确计算各种复杂条件下电缆的载流量,对确保电缆的安全、经济运行具有重要的意义。文中介绍了电力电缆载流量计算的解析法和数值法的发展过程,介绍了数值计算方的有限元法在电缆载量计算中的应用,并对这种数值计算法的特点进行了论述。最后,建议在上述研究方法的基础上,针具体的实际问题,提出后续研究的内容及方法。     

预埋管电缆载流量的有限容积法计算和分析

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容积法,编制了电缆排管敷设温度场和载流量通用计算程序。程序计算结果与试验结果吻合。计算结果表明,单回路电缆填充导热介质提高载流量较高,在回路流过等电流时降低缆芯温度降低较明显。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。     

土壤直埋敷设单芯电力电缆温度场与载流量计算

土壤直埋、电缆沟、排管是3种比较常见的电力电缆敷设方式,其中土壤直埋敷设方法的使用比较广泛.电力电缆的温度场与载流量可以采用多种方法进行确定,比较常见的方法包括解析计算与数值计算方法.对直埋敷设方式下单回路电力电缆的温度场与载流量进行计算,为电力电缆的设计与运行监测提供参考.采用IEC-60287解析计算方法和有限元数值剖分方法计算电力电缆的温度场与载流量,根据传热学的基本原理以及电力电缆的结构与敷设相关知识建立电力电缆温度场与载流量数值计算模型.在两种计算机结果的基础上对数值方法计算电缆载流量的结果进行分析,总结了其优缺点.     

高速铁路单相单芯电缆接地损耗及热阻计算分析

高速铁路单相单芯电缆运行时,对导体温度的监控十分重要,如电缆温度过高,超出绝缘材料的允许值,则加快电缆老化,缩短电缆寿命,并为高铁运行带来安全运营隐患.本文对单芯XLPE电缆结构进行分析,介绍了IEC标准中稳态条件下电缆的发热方程和等值热路以及电缆本体热阻、介质损耗、金属护套损耗的计算公式,进而推导出了电缆稳态导体温度计算方法.     

地下电力电缆温度场及载流量的数值计算

对地下电力电缆温度场和载流量进行了研究。基于有限差分法,采用直角坐标和极坐标相结合的思想,对计算区域进行不均匀网格的划分。对电缆及其周围土壤的温度场进行迭代,并进行两种坐标系之间的插值计算,得到一个收敛的温度场。多次循环后电缆缆芯达到上限温度值,可得电缆的载流量。     

基于三维温度场的电缆登杆对电缆群载流量的影响研究

电缆登杆是电力电缆与架空线之间的一种过渡方式。若电缆登杆之前联结的电缆为土壤直埋敷设方式,电缆登杆时的载流能力直接影响土壤直埋电缆的载流量。在此背景下,采取有限元法,通过建立电缆周围二维、三维温度场模型来分析电缆登杆时与土壤直埋敷设方式下的载流量。分析结果表明,在同一区域内出现不同敷设环境时,采用三维温度场模型计算载流量需考虑轴向导热,具有更高的精确度。同时,电缆登杆会降低土壤直埋敷设电缆的载流量,电缆并行根数越少,电缆登杆对直埋敷设电缆的载流量影响越大。并且,随着温度的升高和敷设间距的增大,电缆登杆对直埋敷设电缆载流量的影响越大。     

电力电缆谐波动态温升仿真计算

分析了国内外现有电缆谐波模型发展情况及其适用范围的局限性,进而提出利用热电拟合表征电缆有功损耗下的温升模型.为减少模型输入量,结合屏蔽层连接方式,引入谐波背景下电缆屏蔽层电流计算方法.综合考虑谐波情况下集肤效应、邻近效应对磁场分布的影响,考虑多相电缆敷设方式,提出了一种新型的谐波损耗相结合的多相电缆谐波温升模型,该模型具有良好的收敛速度.最后,利用该模型对电缆谐波温升进行计算仿真,证明了模型的有效性和实用性.     

金属箱式电缆母线中降容系数选择的探讨

分析了发电厂高压厂用电源回路采用金属箱式电缆母线载流量的计算方法，提出了影响电缆母线载流量的5个因素，即环境温度系数、不平衡系数、日照系数、金属箱壳系数、并行敷设系数，并根据这些影响因素确定最终的降容系数，进而明确实际所需的电缆根数。     

电缆金属护套环流异常原因分析及探讨

单芯电缆金属护套环流过大不仅严重影响电缆线路的载流量,而且造成电缆损耗发热,加速绝缘老化。根据广州供电局输电管理所电缆分部长期的运行经验,金属护套环流不应超过导体负荷电流的10％,本文结合广州供电局输电管理所电缆分部的运行实例,对引起护套环流异常的常见原因进行了简要分析．并且根据实际运行资料,对文中所列举的2个实例中环流异常的原因,提出了更深层次的疑问,以供相关工作人员进行深入探讨。     

基于有限元法的直埋式气体绝缘输电线路温升数值计算与分析

为研究直埋式气体绝缘输电线路(GIL)的温升特性,建立了基于多场耦合的三维有限元模型.采用了伽辽金法对模型进行有限元离散,计算了直埋式GIL的导体焦耳热损耗和外壳涡流损耗,并用1段电阻率可变的导体模拟触头部位的接触电阻.通过单元映射的方式,将直埋式GIL的各部分损耗作为体积热源耦合到流体场-温度场进行计算.考虑了SF6气体的温度变化特性,针对土壤的实际传热导热过程,对土壤层6个边界分别施加了恒温边界条件、对流换热边界条件和热流密度边界条件.通过该模型分析了负荷电流与直埋式GIL温度场分布的关系,研究了4种不同土壤对直埋式GIL温升的影响,分析了不同埋深情况下的直埋式GIL温度分布情况,模拟了触头接触劣化过程中直埋式GIL导体与外壳温升变化过程,研究结果为直埋式GIL温升的在线监测或带电检测提供了理论依据.     

单回路高压电缆金属护套最优分段比

高压单芯电缆护套接地电流过高带来的损耗严重影响电缆使用寿命以及载流量.文中通过建立高压电缆金属护套交叉互联方式下的等效电路模型,分别计算感应电流和容性电流,采用向量叠加得到接地电流,求出三相护套总损耗.分析计算了不同布置方式和段长下护套接地电流引起的损耗值.计算结果表明:单回路高压电缆金属护套采用交叉互联方式时,三分段等长且布置方式相同时损耗远小于混合布置方式;混合布置方式时损耗受布置方式的影响,选择合适的分段比可使护套损耗相比于段长相等时降低35%左右.     

基于韦布尔分布的无失效数据参数估计的高压电缆寿命评估

为评估某市高压电力电缆寿命,采用Weibull分布模型研究该市高压电缆寿命分布.根据该市高压电缆无失效数据的特点,提出一种修正的极大似然函数法,得到Weibull分布模型的参数,以及电缆寿命分布曲线.结果表明该市的高压电缆大约运行14a后开始出现老化失效,在34a左右进入老化期,该市电缆最长寿命约为110a.这种修正的极大似然函数法为无失效数据的情况提供了一种新的参数估计思路.     

直埋单芯电缆的载流量数值计算

针对直埋单芯电缆敷设环境的复杂性引起的其载流量的难确定性,基于有限元法计算直埋电缆温度场和载流量的基本原理及方法,确定直埋电缆结构、敷设环境、材料等参数,应用热力学知识使用ANSYS软件工具对直埋单芯电缆温度场仿真,得到了电缆温度场的分布云图。在此基础上运用最小二乘法曲线拟合了温度场与载流量函数关系曲线,求得了电缆在确定环境下的载流量值。采用上述方法获得的数值计算结果与IEC60287解析计算结果相比较更加准确。     

直埋单芯电缆的载流量数值计算北大核心

针对直埋单芯电缆敷设环境的复杂性引起的其载流量的难确定性,基于有限元法计算直埋电缆温度场和载流量的基本原理及方法,确定直埋电缆结构、敷设环境、材料等参数,应用热力学知识使用ANSYS软件工具对直埋单芯电缆温度场仿真,得到了电缆温度场的分布云图。在此基础上运用最小二乘法曲线拟合了温度场与载流量函数关系曲线,求得了电缆在确定环境下的载流量值。采用上述方法获得的数值计算结果与IEC60287解析计算结果相比较更加准确。     

直埋电力电缆动态增容和双线增容策略研究

为充分挖掘电力电缆裕量,可根据需要对现行电缆实施动态增容。电缆导体温度是动态增容的重要依据,基于有限元法计算电缆导体温度,根据电缆导体允许工作温度(90℃)确定允许增容时间。计算单线增容允许增容时间,绘制应急负荷-允许增容时间曲线,供电力调度参考。双线增容时有双线同时增容、单线轮流增容两种方案可供选择,计算两种方案所能提供的增容时间,确定最优增容方案。结果表明,双线同时增容能提供更长的增容时间,为最优增容方案。     

220kV电力电缆本体热阻特性的试验研究

准确计算电缆载流量对电缆安全、经济运行具有重要意义,而准确计算电缆热阻是计算载流量的基础。以空气中敷设220 kV单芯电缆为研究对象,通过对不同阶跃电流下电缆的温升试验,分析电缆各层的温度分布,确定电缆各部分的热阻。试验结果表明阻水带与铝护套间的空气层导致缆芯与皱纹铝护套间的热阻与IEC标准计算的热阻有较大差异,且交联聚乙烯绝缘的膨胀使空气层厚度减小,导致缆芯与皱纹铝护套间的热阻随缆芯温度的升高而降低,所以,电气电缆本体热阻为动态热阻。     

电力系统的超前热定值及其应用探讨

通过设定保守环境条件而确定的输电线路允许载流量在大部分时间内限制了线路热载荷能力的发挥.从实时运行角度出发,以反映电热耦合关系的热平衡方程为基础,对线路热载荷能力进行重新审视,并给出静态热定值和暂态热定值的定义,在此基础上以温度决定导体热载荷能力为核心,温度与电力系统运行调度相牵连为线索,提出超前热定值的新概念,并以超前调度、安全调度为例,阐述超前热定值的应用前景,为深层次地研究电力系统运行调度中电热协调理论奠定基础.     

电力系统的超前热定值及其应用探讨

通过设定保守环境条件而确定的输电线路允许载流量在大部分时间内限制了线路热载荷能力的发挥.从实时运行角度出发,以反映电热耦合关系的热平衡方程为基础,对线路热载荷能力进行重新审视,并给出静态热定值和暂态热定值的定义,在此基础上以温度决定导体热载荷能力为核心,温度与电力系统运行调度相牵连为线索,提出超前热定值的新概念,并以超前调度、安全调度为例,阐述超前热定值的应用前景,为深层次地研究电力系统运行调度中电热协调理论奠定基础.