地下电力电缆集群的不等间距优化设计

电缆载流量是电缆设计和运行中的一个重要参数。电缆集群等间距敷设时,互热效应使得敷设区域中央电缆的温度高于边缘电缆的温度。为提高地下电缆集群的输送能力,以电缆集群载流量最大为目标函数,以每根电缆温度低于其最高额定温度为约束条件,采用等值热路法和有限差分法分别求解了均匀土壤和不均匀土壤中电缆集群的载流量,并采用人工鱼群算法确定电缆的最优位置。计算结果表明,不等间距优化布置策略提高电缆群载流量的效率随回路数的增加和回填土热阻系数的增加而增加。不等间距优化设计提高了电缆群的载流量。     

基于有限元算法的电缆动态流量计算方法研究

电缆载流量是电缆运行中受环境条件和负荷影响的重要动态运行参数,是输电线路运行经济性和安全性的重要保障。然而,电力电缆因其自身结构特点和运行工况的复杂性,造成了计算电缆载流量的困难。采用高效精确的有限元法来计算电缆载流量,将电缆和敷设环境的截面进行单元划分,将电缆载流量计算转化为对单元顶点温度求极值的问题。采用有限元算法来计算电缆载流量,在保证计算速度满足工程应用要求的同时,提高了计算精度。     

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。     

电缆线路的电缆群载流量优化数值计算模型研究

电力电缆载流量的计算对电缆线路的设计、敷设以及运行都具有重意义。因而以排管敷设电缆群为研究对象,借助优化设计算法理论,建立了排管敷设电缆群载流量优化数值计算模型;把电缆群的总载流量达到最大作为目标,把电缆群中所有电缆线芯温度不超过规定温度限值作为约束条件,对电缆群中所有电缆的载流量进行优化计算。通过ANSYS仿真优化计算的结果可知,与迭代法相比,利用优化算法计算电缆群载流量可以将电缆群的总载流能力提高约6%。本算法的结果显示,通过设计电缆群电流分布的最优化通流方案,能最大限度地提高电缆群的总载流能力。     

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。     

高压直流电缆直流载流量计算和验证

为了掌握高压直流电缆直流载流量,最大限度的利用电缆的输送能力,通过理论计算与试验测量结合的方式,研究了±535kV高压直流电缆直流载流量。基于IEC60287计算了导体运行温度为70℃和90℃时的直流载流量,同时搭建了载流量试验回路,实测了运行温度为70℃和90℃时的直流载流量。试验表明,自由空气中敷设、电缆不受日光直接照射,70℃的载流量为3 266A,90℃的载流量为3 682A,90℃运行与70℃运行相比载流量提升12.7%;高压直流电缆载流量理论计算结果与实测结果基本一致,两者相差不超过0.5%。     

计及金属护套环流影响的高压电缆温度场及载流量的数值分析

温升和载流量是电缆运行的重要参数,而金属护套环流是影响电缆温升及载流量的关键因素.在综合现有电缆金属护套环流计算理论及电缆温度场和载流量数值计算模型与计算方法的基础上,本文建立了电缆温度场和载流量计算的有限元模型.该模型充分考虑了实际电缆沟工程敷设工况.在此基础上,分析并计算了金属护套环流影响下的典型电缆温度场,讨论了维持三相电缆线芯(或金属护套)最高温度不变前提下金属护套环流影响下的线芯载流量,研究了不同大小环流对电缆温度场和载流量的定量影响规律.结果表明:金属护套环流的增大将导致电缆温度升高,线芯载流量降低;随着电缆金属护套环流的增大,电缆金属护套环流对电缆温度及载流量的影响作用显著增加;相比于维持三相电缆线芯最高温度不变,同一环流影响下维持三相电缆金属护套最高温度不变时计算出的线芯载流量更低.本文的研究成果为保障电缆在工程实际中长期安全高效运行提供了理论指导.     

高压直流XLPE绝缘电缆载流量的数值算法及特性分析

载流量是电缆传输能力的重要指标，直接影响高压直流电缆的运行可靠性和经济性。根据直流电缆绝缘层中电场分布的特点，提出了基于等效电导率的绝缘层内外侧电场分布的解析计算方法，并以±535 kV交联聚乙烯绝缘直流电缆为例，同时考虑电缆导体最高运行温度和绝缘层最大允许温差，得到不同运行工况下高压直流电缆的负载控制域。结果表明：电-热场解耦方法能有效分析直流电缆的载流量和应用特性，其中绝缘层最大温差是限制临界环境温度以下直流电缆载流量的核心因素，在此临界环境温度下，提升导体最高运行温度对载流量影响有限，而优化绝缘材料耐电性能和电缆结构才是提升载流量的关键。     

基于温度场的单芯电缆载流量研究

导体温度是电力电缆载流量幅值变化的最直接特征量,电缆表面温度和线芯温度是反应电缆运行情况的重要参量。在简化内热源的基础上,建立单芯交联聚乙烯电力电缆的传热模型;通过研究稳态时电缆温度场分布,分析温度参量之间的关系和影响载流量的因素;基于这个传热模型,优化影响因素,对提高电缆安全运行的可靠性和载流量最优化配置有重要的指导意义。     

基于VC++的电力电缆载流量计算软件系统开发

载流量是影响电力电缆使用寿命的重要因素,对于电力电缆的设计及其运行维护都有十分重要的参考价值。鉴于目前载流量计算手工化以及过程繁琐的现状,我们利用VC++语言,采用面向对象的程序设计方法,开发了一套电力电缆载流量计算软件。其特别之处在于,它不仅具有强大的载流量计算功能,而且增加了根据电缆外护套温度测算电缆线芯温度的功能,使该软件不仅使用于电缆设计生产部门,同时可以为电缆运行和维护单位提供电缆载流量的裕度评估,为电缆的增容和扩容提供理论依据。文章简要介绍了软件实现的理论基础、设计思路和基本功能,并对软件计算的准确程度进行了试验验证。     

基于有限元仿真的土壤直埋电缆中间接头稳态载流量计算

在运行过程中,电力电缆中间接头的温度通常会比电缆本体高,基于电缆本体温升不超过90℃而计算得到的稳态载流量会造成中间接头的损坏。对于土壤直埋直流电缆接头,利用有限元仿真软件构建三维模型对温度和载流量计算准确度较高,同时为简化计算过程,利用二维轴对称模块建立了接头的平面结构,并旋转形成中间接头的三维模型。对土壤中电缆接头和本体的温度和稳态载流量进行仿真计算,由本体确定的载流量会使接头导体温度高于最大长期允许温度值,不利于电缆长期稳定运行。水分迁移使接头周围土壤热阻增大,采用回填沙土可在一定程度上提高中间接头的稳态载流量。     

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。     

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。     

隧道敷设条件下超高压电力电缆热-流场耦合分析

电缆载流量是电力电缆运行中的重要参数。为给敷设于隧道中的超高压电缆运行提供参考,文中根据实际电缆隧道结构和内部电缆排布方式,运用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立电缆隧道三维几何模型,进行温度场和流体场的耦合仿真计算。采用有限元法,对不同运行方式和环境条件下的温度场和流体场分布规律进行分析,计算隧道敷设超高压电力电缆载流量。研究表明：最高温度出现在电缆导体处,温度沿着电缆径向逐渐降低,出口截面处的温度和风速相对入口截面处有所增大;随着电流负载增加,电缆发热对周围环境温度的影响也随之增加;双回路和4回路敷设时电缆稳态载流量高于8回路敷设时电缆稳态载流量;电缆表面温度随着通风速率的增加而逐渐减小。     

±500 kV高压直流XLPE电缆温度分布及其影响因素研究

温度分布是直流电缆运维检修的重要参数之一。由于高压直流输电起步较晚，高压直流电缆的研究不如交流电缆丰富、深入，因此对其温度分布影响因素的研究具有重要意义。通过Comsol有限元软件建立二维对称模型，计算±500 kV高压直流XLPE电缆稳态运行时的温度分布，求出适合电缆长期运行的载流量，并从载流量和环境温度两方面研究温度分布变化。仿真结果表明：载流量对温度分布变化具有较大的影响，当环境温度高于15℃时，导体温度约束载流量大小，环境温度低于15℃时，绝缘层最大允许温差约束载流量大小。最后通过实验验证了仿真的正确性。     

新型输电电缆动态增容系统设计与应用

针对输电在线监测系统中电缆温度监测的单一性问题,本文提出了一种基于集中运算的动态增容算法模型。通过将光纤测温与护层电流监测相结合,对实时导体温度与载流量,短时载流量和周期性载流量进行计算。该计算模型能实时分析电缆表面温度的分布数据,发现潜在异常点,实现故障早期预警,而且可动态计算电缆导体温度及允许电流,给输电部门提供电缆短时载流量负荷分析以及周期性载流量的特征分析结果。在确保电缆运行安全的前提下,可实现充分利用电缆输送能力的目标。     

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。     

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。     

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.     

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%。