XLPE电缆线芯温度计算方法研究

为实时掌握交联聚乙烯(XLPE)配电电缆的运行状态及其载流量,对电缆线芯温度的计算方法进行了研究。针对配电电缆敷设距离较短的特点建立了单芯电缆集中参数稳态等效热路模型,并推导出线芯温度计算公式,通过实验验证了计算方法的有效性,同时对考虑暂态过程的电缆线芯温度计算方法进行了讨论,为电缆运行状态的在线监测提供参考。     

10kV MYPTJ型矿用电缆线芯动态温度监测方法

线芯温度是反映电缆正常运行与否的重要参数,线芯温度过高会加速电缆绝缘老化,导致电缆绝缘水平降低。针对电缆线芯温度测量一直缺乏有效监测方法的问题,笔者提出基于电缆绝缘层温度和运行电流计算电缆线芯温度的方法。根据10 kV矿用高压电缆物理结构,建立了线芯温度计算模型,设计了电缆线芯动态温度实验方案,采用红外热像仪测量剥去护套的电缆绝缘层温度和线芯温度,利用热路模型反演计算线芯温度,并进行了实验验证。实验结果表明,线芯温度计算值与测量值之间的误差低于5%,监测方法满足电缆线芯温度实时监测要求。     

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。     

基于表面温度场的电缆线芯温度在线诊断研究

线芯温度是电缆的一个重要参数,当电缆过负荷时,其线芯温度高于允许温度,使电缆绝缘加速老化,甚至造成绝缘介质热击穿。文中提出了一种基于电缆表面温度场的对电缆线芯温度进行在线诊断的方法。该方法采用红外热象仪拍摄电缆的表面热图象,可根据电缆的表面温度、结构参数,物性参数和环境温度,通过建立传热数学模型,对电缆的线芯温度进行反演计算,并与其允许温度进行比较,实现了电习温度的非接触,在线诊断。     

单芯电缆线芯温度的非线性有限元法实时计算

考虑电缆材料热性参数是温度的函数及忽略热量沿着线芯轴向传输所造成的线芯温度计算误差,为提高电缆线芯温度计算的精度,提出基于非线性有限单元法计算电缆导体的温度。研究电缆导体径向、轴向温度梯度以及热量扩散规律,分析运行电流、外界环境温度等因素对电缆线芯轴向、径向温度分布的影响。根据传热学原理,研究电缆热性参数随温度变化对电缆导体温度的影响,建立电缆导体温度计算三维非线性有限元模型,并通过实验数据对非线性有限元模型进行验证和修正。实验和有限元仿真的对比表明：忽略电缆热量沿着轴向传输以及热性参数的改变会造成线芯温度计算误差;所提出的电缆导体温度实时计算非线性有限元模型的有效性,为高温下运行电缆导体温度监测与负荷预测奠定了基础。     

基于灵敏度法的三芯电缆线芯温度影响因素分析

为了动态提高三芯电缆的实时载流量以及保证电缆安全稳定运行,对影响三芯电缆线芯温度的两个主要因素进行了分析,通过利用生物学中局部灵敏度的概念,分析了环境热阻与环境温度对三芯电缆线芯温度的影响。同时,搭建了10 k V三芯电缆载流量试验场,并模拟了空气敷设和土壤敷设下的三芯电缆温升试验。理论分析与实验结果可得:空气敷设时,随着加载电流的增大,环境热阻对电缆线芯温度的灵敏度增加,且都处于灵敏等级;土壤敷设时,环境热阻对电缆线芯温度的灵敏度处于不灵敏等级;同一加载电流下,外界环境热阻的变化对于电缆线芯温度的影响很大。两种不同敷设情况下,当三芯电缆线芯温度相等时,相比空气敷设情况,加载电流为200 A,土壤敷设时,电缆载流量可以提高3.6%;加载电流为300 A,土壤敷设时,电缆载流量可以提高8.1%;加载电流为400 A,土壤敷设时,电缆载流量可以提高9.2%;加载电流为500 A,土壤敷设时,电缆载流量可以提高22.3%。当三芯电缆运行状态未达到稳定时,电缆线芯温度主要由加载电流的大小决定;当三芯电缆运行状态达到稳定时,电缆线芯温度的变化趋势与环境温度变化趋势基本相同,线芯温度由敷设环境温度决定。     

基于矩阵广义逆的电缆线芯温度动态计算方法

为更好地对电缆线芯温度进行间接测量,提出一种以电缆运行电流和表皮温度为输入的线芯温度动态计算方法。首先建立了电缆传热的简化热路模型,并在误差敏感性分析的基础上引入了线芯电阻随温度变化的二阶修正;然后对模型表征的微分方程进行离散化,得到仅有4个模型参数的计算公式;最后以电缆实验(或运行)数据为样本构造学习矩阵,并通过矩阵的广义逆计算模型参数,代入公式完成整个动态计算方法的构建。分别以室内实验电缆、在线110 k V高压电缆为对象进行了实验与分析,结果表明,相较于传统方法,该方法能够更加简单、准确地计算电缆线芯温度,有助于实现电力电缆工况的实时监测。     

XLPE电力电缆线芯屏蔽层的可靠性

根据电介质物理理论和现场实际运行经验，着重讨论了ＸＬＰＥ电力电缆线芯屏蔽层的可靠性与电缆运行安全的内在联系，认为制造厂应保证电缆线芯屏蔽层的电导率和厚度符合规范要求，并建议运行维护部门建立对线芯屏蔽层可靠性的检测手段和规章制度。     

冲击负荷下XLPE高压电缆缆芯截面选择

针对电气化铁道牵引供电系统中的冲击负荷 ,并考虑电铁负荷的谐波分量影响及其单相回路特点 ,研究计算 2 2 0 k V XLPE电缆载流量 ,并通过技术经济分析确定缆芯截面     

导体预热装置在交联电缆生产中的应用

结合工厂干法交联生产交联聚乙烯绝缘电力电缆(简称交联电缆)的实际生产状况,详细阐述了采用导体预热装置的优势。介绍了使用导体预热装置将电缆导体加热到80~100℃,可以在保证质量的前提下有效提高生产速度,并降低绝缘内应力。     

电缆导体温度实时计算的数学方法

为准确实时计算运行中电力电缆线路导体温度以掌握电缆真实载流量,根据电缆等效热路与电路在数学形式上相同的特点,用电路中的节点电压法求解电缆热路问题并提出了解决上述问题的数学方法。研究证明,通过实测电缆外护套表面温度可算出实时电缆导体的温度。     

根据电缆表面温度推算导体温度的热路简化模型暂态误差分析

电力电缆运行中导体的温度是确定电缆是否达到载流量的依据,为分析热路简化模型计算电缆导体温度的精度,根据110 kV交联聚乙烯电缆各层温度的热路模型及其简化模型,借助Matlab软件推导出了基于电缆表面温度推算电缆导体温度的计算式,理论上演算了电缆热路完整模型与简化模型之间的误差,并给出该误差与所施加电流的函数关系。同时,设计了直埋电缆的暂态温升试验,根据实测表面温度数据利用简化模型计算了导体温度、绝缘层温度,对比分析了简化模型所计算的导体温度、绝缘层温度与实测导体温度、绝缘层温度之间的误差。结果表明,简化模型计算电缆导体温度与实测导体温度之间的误差在允许范围之内,可用于工程上基于电缆表面温度推算电缆导体温度。     

XLPE三芯电缆稳态并联热路模型及实验验证

交联聚乙烯材料的三芯电缆广泛应用于低压配电网中,但长期以来,关于电缆载流量计算的研究多集中于单芯电缆。考虑到三芯电缆与单芯电缆的结构差异,在IEC 60287标准计算的基础上,利用传热学知识,理论推导了三芯电缆并联结构的6层4节点稳态热路模型。采用形状因子法计算热阻参数,利用外表皮温度反推计算得到电缆各层温度。为了验证计算的准确性,设计了空气敷设和土壤敷设两种敷设方式下的升流实验,测量得到稳态时导体线芯、绝缘层、铠装层和外表皮温度,并与理论温度计算值进行了比较分析。分析结果表明,利用提出的热路模型进行三芯电缆载流量计算的误差在允许范围内,可应用于工程实际。     

电缆导体温度的推算方法及应用

分布式光纤测温(DTS)技术已经在电缆上得到应用,这为准确计算运行中电力电缆导体温度,掌握电缆真实载流量创造了条件。应用集中参数法的数学模型,推出根据电缆外护套温度计算导体温度的算法,对影响计算精度的因素进行了讨论。最后介绍了根据这种算法编制的软件的应用情况。     

材料热阻系数取值对10kV三芯电缆导体温度计算的影响

为了在10 kV三芯电缆导体温度实时计算中规范材料热阻系数的取值,通过三芯电缆导体至表面的传热关系进行三芯电缆各层结构材料热阻系数归一化灵敏度计算,分析各层结构材料热阻系数取值准确度对导体温度的不同影响。以计算结果为基础,设计在不同敷设环境下的多组阶跃升流实验;结合实验数据,利用ANSYS有限元进行不同变量情况下的导体温度变化仿真分析。结果表明,导体温度对填充层及内护套材料热阻系数灵敏度最为敏感,灵敏度会随导体电流增大而增大;空气敷设下的灵敏度高于土壤敷设。     

三芯海底电缆中复合光纤与导体温度关系建模

三芯光纤复合海底电缆中光纤以内填充层热阻的准确计算是建立光纤与导体温度关系的关键和难点。本文在建立三芯海缆热路模型的基础上,根据虚拟热源和镜像法,利用光纤温度计算出填充层外径处温度,进而计算出铠装层外径处温度;根据傅氏传热学原理计算出光纤处等温面至铠装层外径处等温面的热阻;利用形状因子法计算出填充层内径至铠装层外径的总热阻,再减去光纤处等温面至铠装层外径处等温面的热阻,得到光纤以内填充层的热阻;根据热路模型建立了光纤与导体的温度关系方程,并用有限元求解结果验证了方程的正确性。结果表明,三芯海缆的光纤与导体温度呈线性关系,导体温度每上升1.15℃,光纤温度上升1℃;相同导体温度下,环境温度每上升7.7℃,光纤温度上升1℃。根据光纤温度和环境温度可计算出导体温度,作为三芯海缆导体温度监测和载流量计算的理论依据。     

导体预热装置在交联聚乙烯电缆生产中的应用

介绍了导体预热装置在交联电缆生产线上的应用,可提高生产速度并可改善交联电缆绝缘品质。     

XLPE高压电缆在线监测方法综述与设计

交联聚乙烯（XLPE）高压电缆的检修还处于定期试验的预防性维修阶段。对于XLPE高压电缆的在线监测,目前已有许多不同监测方法,文章通过对较为常用的局部放电试验法和温度监测方法进行研究和分析,并对比和总结了其他诸多方法的特点,设计了一套基于综合信息的XLPE电缆诊断方案。