外皮温度监测的单芯电缆暂态温度计算与试验

导体温度是反映电缆运行状态的关键因素,因而有必要实现对它的监控。实际中对运行电缆导体温度的直接测量难以实现,工程中常采用计算的方式来获取,而复杂多变的电缆外部因素使得对导体温度的精确计算也非常困难。为此,在电缆外皮温度监测的基础上,建立了单芯电缆暂态热路的数学模型;分别推导出只考虑电流变化和只考虑表皮温度变化两种情况下的暂态温升递推公式,进而推导出单芯电缆暂态温度的完整叠加公式;并采用经典4阶Runge-Kutta法求解微分方程组计算电缆本体温度。同时编制了电缆暂态计算软件,可根据电缆外皮温度的监测,计算电缆导体和金属护套暂态温度。为验证暂态模型和软件编制的正确性,在试验现场进行了单芯电缆暂态温升试验,并将计算结果与试验测得的温度数据进行了对比验证。结果表明,基于电缆外皮温度监测的单芯电缆暂态温度计算具有较高的精度,可用于单芯电缆实际运行中的温度控制、电缆状态监测及其故障预警等方面。     

单芯电缆热时间常数的理论计算与试验研究

由于电缆热容的存在,当施加阶跃电流时,电缆温度随时间逐渐变化,经一段时间后达到热稳态,导体温度变化的速度一般用热时间常数来反映。为此,以单芯电缆为研究对象,介绍了电缆热时间常数;建立了电缆本体及周围介质的暂态热路模型并进行简化等效;计算了空气敷设和直埋敷设单芯电缆的热时间常数;并在试验现场进行了阶跃电流下的单芯电缆温升试验,通过对实测导体温度暂态过程的曲线拟合求得了电缆实际的热时间常数,验证了理论计算的正确性。电缆的热时间常数可用于估算阶跃电流作用下的导体暂态温度响应、以及到达最高允许温度所需要的升温时间,为电缆的运行状态监测及故障预警提供理论支持。     

三芯电缆实时导体温度实时解析与计算方法

针对目前难以直接测量运行电缆导体温度的问题,将10 kV三芯电缆热路简化为只含一个等效热容和一个等效热阻的暂态热路,利用一阶热路的响应实现电缆实时导体温度的解析计算;同时,在试验场进行了阶跃电流试验和周期负荷载流量试验,测量电缆导体温度和外皮温度.根据测量的电缆外皮温度和加载的负荷电流计算出试验电缆的实时导体温度,对比发现导体温度的实时计算值与测量值吻合度较高,验证了该计算方法的正确性.该解析计算方法易于实现、计算准确,不仅可用于计算常用敷设方式下不同回路三芯电缆实时导体温度,还可根据电缆当前运行状态适当调整负荷电流,在保证安全的前提下提高现有电缆线路的输电能力.     

暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程

高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布,而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件,暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程,建立热学有限元模型,仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程,并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高,仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程;通过构建导体温度暂态分量和稳态分量,可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合,拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。     

暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程

高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布,而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件,暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程,建立热学有限元模型,仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程,并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高,仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程;通过构建导体温度暂态分量和稳态分量,可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合,拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。     

基于材料导热系数的单芯高压电缆导体温度动态分析

电缆导体温度是电缆安全运行的重要参数,基于110 kV交联聚乙烯单芯电缆的稳态等效热路,运用节点法从理论上推导了稳态下电缆导体温度与各层结构材料的导热系数的关系式,利用归一化灵敏度原理分析了导体温度对电缆各层结构材料的导热系数改变的灵敏程度,并设计了阶跃电流温升试验。理论推导和分析试验数据得到:稳态时,电缆导体温度对各层结构材料导热系数的灵敏度与材料的导热系数成反比;稳态时电缆导体温度计算值对气隙层、绝缘层导热系数灵敏,而对垫层、外护套导热系数不灵敏。由此可为实现电缆导体温度和载流量的准确计算,如何准确选取电缆的物性参数提供参考。     

环境温度和环境热阻对单芯电缆导体温度计算灵敏度的影响分析

为了定量掌握运行环境对电缆导体温度的影响程度,以IEC60287电缆稳态温升公式为基础,推导出环境温度和环境热阻对导体温度影响的局部灵敏度公式。采用局部灵敏度分析法对影响电缆导体温度的2个环境因素进行分析,并进行了电缆温升试验。理论分析与试验结果表明,稳态运行下的电缆,导体温度直接受环境温度影响,环境温度越大则影响越明显,基本呈线性递增;环境热阻对导体温度的影响比较稳定,随着加载电流增大至另一个稳态,灵敏度系数只有小幅升高。     

智能配电系统电缆导体温度推算与应急能力评估

在电缆暂态热路模型的基础上,运用连续系统离散化处理方法,建立一种电缆导体温度实时推算方法:依据输入的负荷电流和电缆外表面温度数据,实时推算电缆导体温度。给出了一种载流量动态应急评估方法:将阶跃电流作用下的电缆暂态温升分为稳态部分和4个热时间常数不等的暂态分量。利用数据拟合的方法确定各温升暂态分量的参数,得到阶跃温升表达式。依据该表达式即可进行电缆线路应急能力评估,即评估不同情况下导体温度达到稳定限额所需的应急时间。通过实验验证了所提方法的准确性和可行性,并进行了简单的定量和误差分析。     

采用均热铜环实现由三芯电缆表面温度准确计算导体温度的方法分析

运行电缆的表面温度是计算三芯电缆导体温度的重要参数。通过推导稳态下三芯电缆表面温度与导体温度的关系,分析表面温度对导体温度的灵敏度,并在不同电流下采用不同厚度的铜环进行测温实验,对比分析铜环测温的有效性。试验结果表明,铜环的厚度对测温精度影响不大,使用铜环测温方法,能减少三芯电缆表面温度的测温误差,使三芯电缆导体温度的计算更为准确,且在大电流运行状态下效果更显著。     

电缆接头温度反演及故障诊断研究EI北大核心CSCD

为间接测量得到电缆导芯温度、预防电缆接头故障,建立了电缆接头2阶和1阶暂态热路简化模型,提出了一种电缆接头导芯温度的反演算法,推导得出导体实时温度。同时,通过参数辨识对电缆接头进行在线监测并得到故障诊断结果。结果表明,建立的电缆接头2阶和1阶暂态热路模型可有效简化反演计算,进而通过电缆接头外皮和金属护套温度反推出导体温度,且所得反演结果与实测结果相符。此外,根据辨识参数相对正常运行状态时的变化情况,可判断出电缆接头是否存在故障隐患以及是何种故障。     

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了参考。     

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%。     

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。     

On the computation of electric field and temperature distribution in HVDC cable insulation

The paper presents certain aspects of electrical/thermal failure of DC power cables. Closed form theoretical formulations for computing the critical stress and temperature due to an external heat source in the form of a steady current through the conductor is presented. The criticality here implies an unstable state of the dielectric and is shown, more often than not, to be different, from that corresponding to thermal decomposition limits. Formulation and solution of continuity equations under first and second kind boundary conditions taking account of electric stress and temperature-dependent DC conductivity is covered. Using the suggested model, stress and temperature distribution in the body of the insulation can be obtained to a reasonable degree of accuracy     

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。     

计及轴向传热的中低压单芯电缆导体温升状态空间模型

电力电缆导体温度可为线路载流量及运行状态的评估提供依据。然而,在当前电缆温度计算中,导体的轴向温度分布通常被忽略,无法准确描述电缆运行的热动态过程。为此,基于热平衡原理,在状态空间内提出了计及轴向传热的中低压单芯电缆导体的温升模型。为克服模型参数难以确定的问题,提出了基于粒子群优化算法的电缆热路参数辨识方法。为验证模型精度,建立了电缆温升实验平台,在不同电流下对空气中敷设电缆进行了轴向温升实验。计算结果与实验结果的对比表明,当电缆存在轴向温度梯度时,所提状态空间模型结果精度高于IEC60287标准模型,能够满足中低压单芯电缆导体在不同电流条件下的轴向温升计算要求。     

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。