基于电磁-热耦合模型的直埋电缆载流量计算及间距的影响研究

准确地计算电缆载流量,对电缆的安全、稳定运行具有重要意义。然而,当电缆间距离较短时,电缆群间的电磁效应增强,IEC 60287不能给出电缆损耗准确的计算公式,从而使得电缆载流量存在一定的误差。为了准确地计算短间距敷设条件下电缆群的载流量,提出了电缆的电磁-热耦合模型。该模型以110 k V交联聚乙烯电缆为例,利用多物理场耦合分析软件Comsol Multiphysics对不同间距电缆的电磁场和温度场进行了同步耦合计算,并与IEC 60287标准的计算结果比较分析。计算实例表明:基于电磁-热耦合模型的载流量计算结果比IEC 60287准确度更高;当电缆间距较长时,IEC 60287和电磁-热耦合模型计算电缆载流量误差较小;当电缆间距较短时,两种算法计算电缆载流量误差相对比较大。     

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。     

110 kV XLPE电缆载流量计算结果的验证试验

IEC 60287为电缆的载流量计算提供了标准方法,但由于计算所涉及的边界条件的可选性及实际运行中电缆周围环境的复杂性等原因,计算结果和电缆的实际承载能力是否一致,成为电缆行业所关心的问题。文章对影响载流量计算结果的因素进行了分析,并通过110 kV 1×400 mm2交联聚乙烯(XLPE)电缆进行了载流量计算结果的试验验证。结果表明,按IEC 60287标准计算所得的载流量完全可以作为线路设计、电缆选型的重要依据。     

基于迭代算法的220kV麒天甲乙线单芯电缆载流量分析

鉴于IEC 60287系列标准中的电缆载流量计算方法(以下简称IEC 60287算法)较保守和精确度不高,提出采用精确度和适用范围均比IEC 60287算法优越的迭代算法进行电缆载流量计算.利用广东电网公司重点科技项目——电缆载流量研究的土壤温度推荐值,以迭代算法对220 kV麒天甲乙线进行全路径电缆载流量分析,对所有...     

高压电力电缆金属护套下的热阻特性分析

IEC60287标准是电力电缆线路温度监测及载流量计算的理论基础与依据,为实现对IEC60287标准在线路载流量计算与电缆线路温度监测上的准确运用,通过对某国产电缆的载流量温升试验,研究了单芯高压电力电缆各层的温度分布并根据温度分布按照IEC60287的热传导模型推算出了单芯高压电力电缆各层的热阻值。利用IEC60287标准计算的单芯高压电力电缆的热阻参数与实际推算值比较表明,电缆导体与金属铝套间热阻的理论值与试验值之间存在有56.8%的差异。研究结果发现,阻水带及金属护套与电缆线芯之间存在的气隙是产生这种差异的主要原因。针对电力电缆的实际结构,在IEC60287标准基础上提出了一种改进的计算方法,该方法将电缆导体与铝套间部分分为热阻值不同的2层进行计算,并根据实际温升试验得到的热阻值提出了电缆导体与金属护套间的组合热阻系数的修正值为20.0Km/W,高于标准规定的6.0Km/W。     

导体单丝表面处理对高压电缆载流量的影响研究

导体的集肤效应会影响导体的交流电阻,最终影响交流电缆的载流量,基于此,大截面导体通常采用分割导体的结构来降低交流电阻从而提高电缆的载流量。在此基础上对导体单丝表面进行绝缘处理也是降低导体交流电阻的手段之一,但IEC 60287标准中并未给出此类导体电缆的载流量计算方法。分别对220 kV电压等级导体单丝表面未处理的分割导体电缆和导体单丝表面绝缘处理过的分割导体电缆进行了空气中载流量测试,并参照IEC 60287考虑皱纹铝护套两侧空气间隙的影响,建立了220 kV电缆载流量计算方法。研究结果表明,载流量计算结果与试验结果偏差为0.74%,结果较为吻合。基于该方法对导体单丝表面处理后的分割导体的集肤效应系数进行了计算,文中所用导体单丝表面处理后分割导体的集肤效应计算所用因数ks为0.3。     

分布式光纤测温系统应用于电缆线路设计的探讨

介绍了IEC60287标准中载流量的计算方法以及CTM4000分布式光纤测温系统。根据某线路中光纤测温系统获得的电缆表面运行温度,分析电缆敷设深度等参数对各种敷设方式下电缆载流量的影响,探讨了载流量标准算法在实际工程中应用的缺点,并提出建议。     

交联电缆集群敷设载流量的数值计算

在人口稠密的大城市,电力通常通过直埋电力电缆集群来传输。电缆载流量是电缆设计和运行中的一个重要参数。IEC 60287标准给出了单一媒质即均匀土壤中电缆群稳态载流量的计算方法,并给出了有回填土的非单一媒质中电缆群的载流量修正计算方法。为给电缆工程的设计与运行提供科学依据,采用基于场路结合的有限差分法,提出了非单一媒质中电缆群的载流量数值计算方法,深入研究了不均匀土壤中的电缆载流量及其影响因素。计算结果表明,IEC外部热阻修正计算方法的计算精度与回填土热阻系数有关。回填土热阻系数较大时,IEC计算载流量显著偏低。     

中低压交联电缆集群敷设载流量的计算

根据IEC60287标准计算了中低压电缆在不同集群敷设方式、环境温度及土壤热阻下恒定负荷的稳态载流量,分析温度、土壤热阻系数对复杂情况敷设电缆群载流量影响程度的结果表明:土壤热阻系数是埋地集群敷设电缆载流量的关键影响因素,实际应用中,选择合适的土壤组分是增加集群敷设电缆载流量的重要手段。     

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。     

工作温度和绝缘温差约束下的高压直流电缆接头载流量计算

中间接头是高压电缆线路运行中故障多发的薄弱环节,电缆系统的载流量会因中间接头的结构特点而受到限制。直流下电缆载流量的约束条件与交流不同,不能直接依据交流电缆中间接头载流量的计算方法。为此,文中以直流电缆中间接头的温度场计算等理论研究为基础,提出以接头导体最高允许工作温度和绝缘层内外表面最大允许温差为两个约束条件,确定高压直流电缆中间接头载流量的方法。通过案例分析,将文中方法与IEC 60287标准计算的载流量进行了对比,并就环境温度对载流量的影响进行了分析。结果表明,中间接头的确是电缆系统载流量计算限制条件之一。两个约束条件下的载流量与环境温度的关系曲线将相交于一点,当环境温度小于该点对应温度值时,接头载流量的决定性约束条件为绝缘层内外表面最大允许温差;当环境温度大于该点对应温度值时,接头载流量的决定性约束条件为接头导体最大允许温度。研究结果可为直流电缆系统运行与载流量设计提供参考。     

不同敷设环境下高压直流海缆的温度场分析

采用专业有限元软件COMSOL Multiphysics建立了单芯直流海缆陆地段、滩涂段以及海床段的海缆温度场模型,并对海缆导体温度进行仿真计算。通过将仿真结果与IEC60287解析算法结果进行比对,验证了有限元算法应用于工程实际的有效性,并得出直埋敷设下直流海缆载流量的瓶颈段为陆地段的结论。最后利用有限元法分析了海缆埋地深度、双极间距、地表空气温度以及对流换热系数等因素对直埋海缆温度场分布的影响。     

电力电缆载流量计算的研究与发展

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,分析了NM理论的不足和对它的改进,以及IEC60287载流量计算标准的基本内容和应用局限;介绍了三种主要的数值计算方法(有限差方法、边界元法和有限元法)在电缆载流量计算中的应用,并对这三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,针对具体的实际问题,提出后续研究的内容及方法。     

地下电缆集群的优化运行

电力电缆载流量是决定电缆输送能力的一个重要参数,其值可采用IEC60287标准进行计算。因电缆集群在统一的载流量下运行,没有充分挖掘电缆的输送能力。为提高地下电缆集群的总体输送能力,在IEC60287标准基础上,以电缆群电流之和最大为目标函数,以每根电缆温度低于其最高额定温度为约束条件,采用障碍函数法和改进牛顿法求解极值,确定每一回路的优化运行电流。计算结果表明,优化运行策略可以提高电缆群输送电流约5%～6%,显著地提高了电缆的使用效率。     

土壤直埋电缆群额定载流量的计算

当多根电缆埋地敷设时,电缆之间热的相互影响使每根电缆的载流量不同程度的降低。每根电缆的载流量由IEC60287给定公式计算,其环境温度由土壤环境温度和其他电缆在该点的温升迭加所决定。其他电缆在该点的温升可以采用镜像法计算。这样,每一根电缆额定载流量将由其他电缆决定,用高斯-赛德尔迭代法对以额定载流量为变量的方程组进行求解,计算了电缆群等负荷、不等负荷以及环境因素对载流量的影响。试验结果表明,计算结果符合工程实际要求。     

高压电力电缆紧急状态下载流量计算方法研究及验证

基于IEC 60287-1-1:2014,引入了包含空气间隙的稳态载流量理论计算模型。通过理论计算与试验结果对比得出,当空气间隙厚度取0.5 mm时,稳态载流量理论计算结果与试验值结果的相对偏差为0.7%。基于IEC60853-2:1989,引入上述空隙间隙模型建立的高压电缆紧急状态载流量理论计算模型,并设计了两组试验进行验证。通过理论计算和试验测量结合的方式,研究了110 kV高压陆缆地电的紧急状态载流量,得出紧急状态载流量的理论计算结果与试验结果的相对偏差在1.0%以内,可认为该紧急状态下的载流能力理论计算模型满足实际工程使用需求。     

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。     

电缆群邻近效应的计算和优化排列

在计算电缆群载流量时,交流电阻是一个重要的参数,其中邻近效应是计算交流电阻的一部分.IEC-60287和JB/T10181-2000仅给出了单回路情况下的邻近效应计算公式,且有一定的限制条件.本文利用电磁场理论和贝塞尔函数计算任意电缆群的邻近效应,给出了不同相位排列方式下的结果,并给出了电缆邻近效应最小时的相位排列方式.     

高压直流海底电缆三维仿真模型简化等效研究

温度分布和载流量是反映海底电缆运行状态的重要参数。依据南澳直流工程±160 kV高压直流海底电缆,利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,建立了电缆的三维(three-dimensional,3D)仿真模型,提出了电缆暂态模型的简化方法。在整个厚度不变的基础上,将多个薄层与邻接介质作为3个等效层,采用调和平均法计算等效层的导热系数,利用IEC 60287标准计算等效层的比热容和密度,解决了电缆薄层网格剖分过密的问题。通过对比研究仿真模型简化前后不同载流量下的电缆温度分布,验证了简化方法的正确性和有效性。     

电力电缆载流量计算的方法与发展

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。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,首先分析了NM理论的不足和对它的改进,以及IEC60287载流量计算标准的基本内容和应用局限。其次介绍了三种主要的数值计算方法(有限差方法、边界元法和有限元法)在电缆载流量计算中的应用,并对这三种数值计算法的特点进行了论述。