低频输电高压电力电缆多物理耦合场数值分析及载流量计算

近年来,随着可关断电力电子器件的逐渐成熟和广泛应用,柔性低频交流输电技术受到广泛关注。由于频率越低,交流电磁场的集肤和邻近效应越弱,因此低频运行工况下电力电缆的载流量与工频50 Hz运行工况下电力电缆的载流量将不尽相同。为此,基于多物理耦合场及有限元法,提出了三芯海底电缆埋设方式下磁热流耦合场计算模型和计算方法,分析了不同截面电缆在低频输电工况下载流量数值变化规律及损耗特性。计算结果表明,降低输电频率可有效提升电缆载流量;电缆截面积越大,载流量提升效果越显著;当截面积为500 mm²、1000 mm²和2000 mm²时,相比于工频输电方式,电缆载流量分别提升11.33%、23.26%和34.40%;降低频率可减少电缆总损耗,由环流引起的护套及铠装层损耗平均分别降低了14.85%、6.34%。计算结果为低频输电方式下电缆选型及输电容量提升提供数据决策依据。     

基于电磁-热-流体耦合的隧道敷设电缆载流量分析

为研究电缆隧道敷设下电缆载流量的影响因素,本文建立电磁-热-流多物理场耦合的三维仿真模型,通过仿真计算隧道内空气流速、电缆水平排列间距、流入隧道空气温度和隧道通风口长度对载流量的影响规律,得到各影响因素与载流量的关系曲线。根据工程实际数据设计正交试验研究4种因素对载流量的影响,获得其影响程度的权重关系。结果表明：4种因素影响程度由大到小为：隧道内空气流速、电缆水平排列间距、通风口长度、流入隧道空气温度,为实际电缆隧道敷设施工提供参考依据。     

电缆沟多回敷设中电力电缆多物理场耦合场及载流量数值计算

研究了电缆沟电缆集群敷设条件下温度场的分布规律和载流量。根据电缆结构参数及敷设工况的物性参数,建立了单芯四回路电缆规则排布多物理耦合场的计算模型,计算、分析了电缆沟中温度场的分布规律,在此基础上提出了计算电缆载流量的弦截法。此外,进一步分析了电缆不规则敷设工况下电缆排列杂乱程度与载流量的关系。计算结果表明,不规则排列下电缆载流量减小、电缆芯温度升高。该计算结果可为进一步提高电缆运行的经济性和可靠性提供参考。     

长距离隧道敷设电缆载流量仿真计算方法研究*

电网负荷的日益增大使得电缆隧道中敷设电缆回路数逐渐增加,导致电缆隧道温度不断升高,从而限制电缆载流量。对长距离电缆隧道进行强制通风是提高电缆载流量的一个有效措施,但通风状态下的隧道电缆载流量的计算方法还不完善。基于等效热路模型提出多层电缆结构简化计算方法,先求出等效热源Qeq和等效热阻率ρeq,进而建立双层仿真计算模型。为对长距离通风长度的隧道中敷设电缆载流量进行仿真计算,提出分段仿真计算方法,将上一段隧道出口的温度和速度分布作为下一段进口的温度和速度边界条件。进一步地,针对110 kV、220 kV和500 kV电缆,仿真分析得到了不同风速和通风长度对电缆载流量的影响机制。仿真结果表明,对于通风长度为1 km的电缆隧道,10 m/s风速工况下相比静止状态下的110 kV、220 kV和500 kV电缆载流量分别提升了467.05 A、549.18 A和573.4 A;当通风长度从100 m增加到1000 m时,各电缆载流量分别降低了95.34 A、117.54 A和130.6 A。研究成果可为电缆隧道通风设计、在线监测提供参考。     

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。     

基于电-热-流多场耦合仿真的海底电缆载流量分析

海底电缆在各路段敷设方式下的温度场和载流量受多种因素的影响,其准确计算对提升海上风电场电能输送的可靠性和经济性具有重要意义。利用COMSOL仿真平台搭建交流三芯和直流单芯海底电缆在土壤直埋、海底直埋、海底平铺和管道敷设等情况下的“电-热-流”多物理场耦合模型,运用有限元法和牛顿迭代法计算海底电缆的温度场分布和载流量大小,并探讨埋设深度、海水流速、海水温度和保护管材料等因素对海底电缆载流量的影响。仿真结果表明:埋设深度、海水流速、海水温度等主要通过影响散热能力来影响载流量大小,合理选择敷设方案有利于提高海缆载流量和工程建设经济性。     

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。     

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。     

基于多场耦合模型的海底电缆载流量和温度场计算研究

海底电缆将电能输送至陆上升压站过程中,各路径段敷设方式下其载流量和温升都对其输送稳定性有着重要影响,电缆载流量和温度场的准确计算对提升电能输送的可靠性与经济性都有着重要意义。文章结合电缆敷设条件,利用COMSOL有限元分析软件建立了基于电磁场、流体场和传热场的多物理场耦合模型,分析了电缆沟内敷设电缆的温度场变化,研究了不同敷设方式对电缆载流量大小的影响。数据表明,电缆敷设的位置和回路数会对电缆载流量产生影响,不规范的敷设位置和密集的回路数都会降低载流量值。因此在工程中应严格按照规范敷设电缆,同时确定适当的回路数以提升运行经济性。     

隧道集群敷设高压电缆多物理场耦合电路仿真及其典型运行状态分析

电缆的隧道集群敷设方式因其具有敷设回路数多、断面负载能力高等优点,在城市电力输电网的应用日益广泛.隧道电缆群相互之间的电磁及热影响大,因此亟需对电缆金属护套感应电压、环流及运行温度等进行深入研究.针对隧道电缆群分析了COMSOL的物理场与电路接口,建立了隧道集群敷设高压电缆线路的电磁热流多物理场耦合电路的仿真模型,并通...     

地下电缆载流量评估影响因素数值分析

利用有限元法对影响地下电缆温度场分布的地表空气温度、电缆埋地深度、土壤热阻系数、有无回填土、电缆排列方式、电缆接地方式等因素进行了分析,利用弦截法计算地下电缆群载流量,给出电缆载流量随各项参数变化的关系,为根据实际环境和敷设条件选择合适的电缆载流量提供依据。     

隧道内电缆集群敷设对载流量的影响研究

不断增加的城市用电负荷和经济环保的电力发展需求决定了大中型城市中电缆隧道的广泛应用,而邻近磁热效应是影响隧道中集群敷设的电缆线路载流量的重要因素。为了获得隧道内集群敷设对电缆线路允许载流量影响的定量规律,文中主要以110、220 kV高压电缆为研究对象,在水平排列和品字形排列两种典型敷设方式下,探讨了隧道内空气温度、电缆相间距、回路间距和回路数量对载流量的影响。结果表明,通风效果对隧道内温度影响大,对电缆允许载流量的作用最为显著;相比于水平排列,三相电缆品字形排列时受其他各种因素的影响小,应优先选用;品字形分离式放置的电缆载流量比接触式高,但空间占用大;隧道内多回路集群敷设时,应严格按照规程要求的间距进行设计,并且对中、低压电缆需要考虑约15%的载流量降低因数。     

对《不同敷设条件下电缆载流量的校正和实用算法》一文的探讨及电缆载流量

电缆载流量偏低使电缆投资费用增加,从电缆使用寿命期考虑总费用是合理的,空气中敷设电缆环境温度改变引起外部热电阻变化对载流量的修正,比仅考虑温升对载流量的修正,在一定条件下更确切,对于电缆工作温度７０℃及以上且大的导体截面,考虑土壤水分迁移是有意义的,主干线电缆变负荷因数最好根据变负荷的波形采用相应计算方法,我国目前电缆载流量基准直混乱,当务之急是协力制订电缆载流量标准。     

高压电力电缆温度场和载流量评估研究动态

为了提高电力电缆的利用率和安全可靠性,电力电缆温度场和载流量分析受到了相关研究人员的广泛关注。通过对现有研究现状分析,基于热路的解析计算、数值分析、试验和温度在线监测等方法已经应用于电力电缆温度场和载流量分析计算中;考虑土壤中水分迁移、排管等敷设方式下的内含封闭空气层等情况下的外部热阻是目前热路解析计算方式的研究重点;耦合求解水分迁移场、内部空气流场、温度场和电磁场是数值分析方法的研究重点;对于电缆不含光纤测温的回路,利用测温与数值分析方法相结合是确定实时动态载流量的研究重点。综合分析可知,外部热阻、多场耦合、实时动态载流量将是未来电力电缆群温度场和载流量分析的关键技术。     

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。     

不同敷设条件下电缆载流量的校正和实用算法

此文是业经电力规划设计总院组织审查评议的科研报告简缩内容，是编制《电力工程电缆设计规范》的基础性参考资料。     

基于耦合场的通风电缆沟敷设电缆载流量计算及其影响因素分析

根据电缆沟通风系统内流体流动与传热的特点,建立电缆沟通风系统三维流体流动与传热耦合计算模型,给出求解域相应的边界条件和假设条件,采用有限元法对流体场和温度场方程进行耦合计算,得到电缆沟内流体速度分布和电缆表面温度分布特性,验证了耦合模型的正确性;并在求得电缆表面最高温度的基础上,利用电缆区域的等值热路法和数值迭代法计算了电缆允许载流量.此外,基于该模型通过实例仿真得出了不同影响因素对通风电缆沟敷设电缆允许载流量的影响规律:电缆载流量随着进风速度的增大而增大;进风温度每升高1K,电缆允许载流量相应下降约5.6 A;随着电缆隧道通风长度的增加,电缆允许载流量随之下降.     

电缆典型敷设方式下温度场分布及载流量计算

本文以220kV 2 500mm2截面电力电缆为例,采用有限元方法计算了含4回电缆的电缆群在3种典型敷设方式下加载不同负荷电流时的温度场分布情况,并采用双点弦截法计算了电缆群在不同环境温度时的载流量。通过计算分析得出:隧道敷设时电缆导体最高温度最低,且电缆载流量随环境温度升高而降低,当环境温度为10℃时,电缆的运行载流量超过环境温度为40℃时的20%以上。     

电线电缆的载流量计算和敷设方式选择

介绍了电线电缆载流量的计算过程,介绍了GB/T16895.15标准中按照温升选择电缆的方法,并提出了载流量选择时需要注意的几个问题。推荐电缆采用梯架、无孔托盘等自由空气中敷设方式。     

电缆不同敷设方式下温度场与载流量的仿真计算

电缆广泛应用于现代城市配电网中,其运行可靠性与电缆的载流量与温升关系密切,精确计算电缆的载流量和温度场分布对于电网的可靠、经济运行具有重要意义。文章结合电缆的损耗对电缆沟的生热、散热过程进行了分析。采用COMSOL有限元多物理场分析软件,运用有限元分析方法模拟了8.7/15 k V YJV 1析软件,的XLPE三回路电力电缆沟正常敷设与不规则敷设情况下的载流量与温度场分布。数据证明,电缆敷设的位置与密集程度影响着电缆的载流量,密集程度越高,载流量越低。因此,按照规程要求分层敷设电缆束才能降低电缆的工作温度及延长寿命,电缆集群不宜集中敷设于底部。