基于多物理场的防爆盒对10kV三芯电缆中间接头温升影响研究北大核心CSCD

中间接头是电缆温升严重的环节之一。为了研究防爆盒的使用是否会进一步加剧中间接头的温升,针对城市供配电系统中广泛应用的10 kV三芯电缆中间接头,采用有限元方法建立了三维多物理场仿真模型。分析了防爆盒对接头温升的影响过程、不同防爆盒体积下接头的温升规律、填充石英砂颗粒对接头的降温效果。研究表明:防爆盒内空气受热上浮造成电缆接头局部集中加热,会进一步加剧接头温升;防爆盒体积足够大时,内部形成空气流动通道有利于降低接头温度;防爆盒内填充石英砂颗粒时接头最高温度仅为55℃,比无防爆盒时下降9.5℃。将仿真结果和试验结果进行对比,相对误差在±10%以内,满足工程误差要求。研究结果可为防爆盒在10 kV三芯电缆中间接头的应用和选型提供参考。     

高导热填充材料对高压电缆接头温度的影响

高压电缆接头是线路中的热点位置,限制着线路载流量的提升。为了探究加装保护盒以及保护盒内填充不同材料对电缆接头导体温度的影响,搭建了高压电缆接头的大电流温升试验平台,对比分析了电缆接头未装保护盒、加装保护盒、保护盒内填充传统密封胶,以及保护盒内填充高导热材料4种情况的试验数据。结果表明,相比于未装保护盒的情况,加装保护盒不会显著恶化电缆接头的散热环境。但是在保护盒内填充传统密封胶后严重阻碍电缆接头的散热,相比于未装保护盒时压接管的温度升高了8.1℃。保护盒内填充高导热材料后,压接管的温度显著下降。相比于未装保护盒的情况,其导体温度仅升高了2℃,大大增强了电缆接头的散热能力。     

基于CNN-LSTM的输电线路故障诊断方法研究

电缆接头线芯温度计算是实现电缆载流量预测重要环节。该文通过三芯电缆接头结构分析其散热路径,进一步考虑了电缆接头的轴向散热,提出了改进的热路模型。以10 kV三芯电缆中间接头为例开展有限元温度场计算,并根据温度-热源的响应实现稳态热路模型的参数辨识。同时,分析了不同电缆电流以及环境散热条件下稳态热路模型的等效性,与有限元仿真结果吻合良好。该模型可以有效提高电缆接头热点计算的效率。     

防爆防火保护盒对电缆接头载流量的影响

随着电缆线路的广泛应用,因接头原因导致的故障和事故越来越多.在高压电缆接头处安装防爆防火保护盒,可有效降低电缆接头爆炸造成的危害.文章针对接头保护盒对载流量的影响情况,建立仿真模型,对比分析安装接头保护盒前后的载流量,并在实验室进行了试验验证.研究结果表明,安装铝镁合金防爆防火保护盒的接头载流量会降低４％左右,说明防爆防火保护盒对电缆线路载流量有一定影响,但影响不大。     

加装保护盒的高压电缆接头散热措施

针对高压电缆接头加装保护盒后的过热问题,对电缆接头的传热特征进行理论分析,根据散热路径的不同,提出在保护盒腔体内填充导热胶体和在电缆本体段增加风机的2种散热措施。应用有限元软件建立电缆接头的二维轴对称仿真模型,迭代计算接头及本体的导体温度,分析2种措施的散热改进效果。结果表明:相比于无散热措施的情况,2种不同原理的散热措施均能显著降低电缆接头的导体温度;但是,当填充介质的导热系数超过1 W/(m·K),或风速超过5 m/s时,电缆接头的散热改进效果几乎相同,线路载流量的提升增幅约为1%。     

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。     

新型低热阻材料提高穿管敷设电缆载流量的试验研究

电缆载流量与其敷设方式和周围媒质的散热性能紧密相关。在各种敷设方式中,穿管电缆是制约电缆线路载流量的瓶颈。通过在管道内填充新型低热阻媒质,可以显著改善穿管电缆的散热环境,降低线芯温度,提升载流能力。利用经试验场电缆载流量试验验证的载流量计算软件,计算和分析了电缆周围媒质热阻系数对其载流量的影响。分别在试验场和运行线路上,进行了电缆载流量的试验研究。研究表明,单回路穿管敷设时填充低热阻新材料,可使电缆载流量提高8%左右。     

高压电缆接头保护盒结构设计与性能验证∗

电缆接头一直是电缆线路的薄弱环节,一旦发生故障,很容易发生爆炸甚至火灾事故,不仅造成本线路的停电,还可能对周边运行的电缆设备、电力设施及人员造成伤害。文章设计了一种使用铝镁合金的高压电缆接头防爆防火保护盒,当接头发生故障时,可有效阻止火势蔓延,大大降低电缆接头爆炸造成的危害。通过试验验证,该接头保护盒的防爆防火效果良好,安装防爆防火保护盒的接头载流量略有降低,但不影响运行,环保检测试验证明,铝镁合金保护盒壳体不会对环境造成危害。     

110kV电缆中间接头载流能力计算与实验分析

为了评估110 kV电压等级电缆中间接头的载流能力,采用热路法分析了中间接头与电缆本体的径向导热差异,及中间接头轴向传热的影响范围。基于理论分析,建立了有限长中间接头1/2轴切面几何模型,利用有限元仿真工具,迭代计算了中间接头载流量。模拟空气敷设环境,进行了大电流温升实验,得到了中间接头局部温度分布规律。研究结果表明:中间接头径向温差大于电缆本体径向温差,对应中间接头径向热阻大于电缆本体径向热阻;中间接头轴向传热影响范围小,靠近中间接头的电缆本体导体温度轴向分布均匀;随着负荷增大,中间接头与电缆本体的导体温差增大;空气敷设环境下,考虑中间接头的110 kV电缆线路载流量降低145 A;采用有限长轴切面几何模型仿真计算中间接头导体温度,计算相对误差小于6%。该研究结果可以为电力调度及运行维护部门考量电缆中间接头对110 kV电缆线路载流量的限制作用提供参考。     

柔性电缆防爆盒结构分析及工程应用

电缆工程施工中,两段电缆连接施工后,常采用电缆防爆盒对电缆的中间接头做外部防护。目前施工通常采用直线扣合式普通电缆防爆盒,在电缆或接头发生弯曲变形的情况下,电缆防爆盒不能适应中间接头的形变,导致电缆防爆盒无法将中间接头做扣合安装,施工改用柔性电缆防爆盒技术方案,较好地实现了电缆防爆盒与中间接头弯曲变形的施工要求。柔性电缆防爆盒在结构上利用凸筋和凹槽间隙相配合的连接方式,实现电缆保护盒的弯曲变形和长度增减,既降低了施工难度,又方便了现场施工。     

10kV三芯交联电缆载流量的试验研究

三芯电缆广泛应用于城市配电电网,其可靠运行与绝缘温度密切相关,因而电缆载流量的精确计算是电缆安全、可靠运行的保证。由于配电电缆的线路多、结构复杂、敷设方式多样,使得配电电缆线路的管理和载流量计算不像高压电缆那么规范。近几年一些非常规的敷设方式大量使用,使得配电电缆载流量的计算更加困难。为规范配电电缆载流量的计算,模拟了广州地区10kV三芯交联电缆典型敷设条件,在试验现场进行了单根空气、直埋、穿管敷设及2×3多回路密集敷设下的电缆载流量试验;编制了计算三芯电缆载流量的计算软件,将电缆本体各层温度降的试验值与软件计算值进行了对比,试验研究结果验证了理论计算的正确性。三芯电缆载流量的准确计算可为运行中负荷的控制提供参考,保证电缆的可靠性,并最大限度发挥电缆的输送能力。     

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。     

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。     

城市轨道交通35kV电力电缆载流量研究

城市轨道交通供电系统中压环网主要采用35kV电力电缆,电缆截面积决定了电缆载流量,同时电缆运行过程中能承受载流量的大小也影响到电缆选型.结合佛山地铁二号线一期工程仙石区间(仙涌站-石洲站),分析环境温度、电缆敷设方式等因素对载流量的影响.由实际工况下的电流,得出不同因素作用下该区间电缆的载流量.根据该区间段的载流量,又...     

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。     

采用MATLAB仿真的变电站高压进线温度场和载流量数值计算

随着电力电缆在输配电线路中的广泛应用,准确确定电力电缆及其周围环境温度场的分布和电缆的载流量对于提高电力电缆的使用率、动态调整负荷具有重要的意义。为此,以地下排管敷设的交联聚乙烯电力电缆为研究对象,其实际模型为1个容量为250MVA、额定电压为230kV的变电站的高压进线。根据传热学和有限元法(finite element method,FEM)基本原理,建立了1种基于有限元法的水泥排管敷设电缆温度场计算模型,并对电缆及其周围环境的求解区域进行复合有限三角形单元剖分,即对电缆区域进行较密集的网格划分,而对电缆周围的土壤区域则进行较为稀疏的网格划分,以提高程序的运算精度和运行速度。结果表明:用MATLAB软件仿真,从而得到电缆及其周围环境的温度场分布,迭代计算了排管敷设交联聚乙烯电缆的载流量。证明使用有限元的方法分析地下电缆温度场,为电力工程中电缆载流量确定提供了一个比较可靠的计算方法。     

变电站电缆通道多参量采集和预警技术研究

针对变电站电缆通道数量的不断增加,电缆分布众多,某条线路的故障会带来极大的安全隐患。文中提出一种变电站电缆通道多参量采集和预警系统的设计方案,重点研究电力电缆的温度场和载流量。通过有限元分析软件,建立了10 kV单芯电缆四回路标准敷设电缆沟的几何模型,并采用割线法计算稳态载流量。通过实验分析了不同工况下的温度场和载流量。结果表明,对于在线电缆温度监测,只需要对温度最高的电缆进行监测,电缆铺设密度过高会导致电缆的载流量下降。该研究为中国变电站电缆通道多参量采集和预警技术的发展提供一定的参考和借鉴。     

XLPE交流电缆线路改为直流运行的载流量设计与分析

在现役XLPE交流电缆线路的直流改造中,载流量的合理设计是关键问题之一,决定了改造线路的传输容量和运行可靠性。文中对同一线路在交、直流电压下运行时的等效热路模型及载流量解析算法进行了对比,分析了造成交、直流线路载流量差异的关键因素,并以空气敷设的三芯10 kV XLPE电缆为例,进行了同一线路在相同敷设条件下的交、直流载流量模拟试验。研究发现,目前直流改造所涉及的现役XLPE交流电缆线路,在进行直流载流量评估时,绝缘温差要求不成为限制条件,仅需考虑线芯温度限制、按照IEC60287-2017推荐方法进行计算;在线芯电阻、金属护套损耗、载流芯数、环境热阻及线芯允许长期工作温度等影响因素中,交流电缆改为直流运行后线芯允许工作温度由90℃下降为70℃,在很大程度上抵消了其他因素对载流量的有利贡献;10 kV XLPE电缆载流量模拟试验数据和解析计算结果吻合,偏差很小,验证了解析计算方法的有效性。对10、35 kV三芯和110 kV单芯电缆在不同典型敷设情况下的交、直流载流量计算显示,改为直流运行后,三芯电缆的载流量略有增加,单芯电缆稍有下降,变化幅度均未超过6.5%。     

复杂环境中海底电缆温度场及载流量模型研究*

载流量是海底电缆运行调度的重要参数,受最高允许工作温度所制约,建立考虑复杂海洋环境中洋流影响的海底电缆温度场及载流量模型具有重要意义。针对传统解析法计算复杂、仅适用于特定敷设环境等问题,根据电 热 流多场耦合理论,基于有限元分析技术分别建立了埋设和铺设两种敷设方式下的高压三芯交联聚乙烯(XLPE)海底电缆温度场及载流量分析模型,并研究了洋流流速及温度对海缆载流量的影响。研究结果表明,所建模型与传统解析法相对误差在5%以内;相同环境因素下,铺设海缆稳态载流量比埋设高出200~330 A不等,且两者变化率在低流速时更灵敏,但不受洋流温度所影响;此外,短时应急载流量允许运行时间与其大小及初始缆芯温度成反比关系。     

土壤直埋110 kV电缆中间接头稳态载流量仿真研究

针对目前没有成熟的交流电缆中间接头载流量校核方法,搭建了土壤直埋110 kV电缆中间接头和电缆本体稳态载流量三维仿真模型,利用有限元对比研究环境温度、土壤导热系数和敷设深度对电缆中间接头和本体稳态载流量的影响规律。结果表明：在不同环境温度、土壤导热系数和敷设深度下,电缆中间接头载流量始终小于电缆本体载流量,土壤导热系数为0.5 W·(m·K)^-1、环境温度为293 K以及敷设深度为1.75 m时的中间接头载流量相较于相同条件下的本体载流量减小了10.8%。因此,如按照电缆本体载流量校核电缆载流能力,将导致中间接头主绝缘处于加速热老化状态。为确保电缆长期稳定运行,建议以本体载流量确定电缆载流时应留有一定裕度。