110kV电缆线路中间接头载流量实验研究及分析

为研究电缆接头的载流能力,采用高压电缆温升实验系统,对110 kV 630 mm~2电缆进行稳态电流实验、短时负荷实验以及周期性负荷实验,通过在电缆接头关键位置布置热电偶,分析电缆接头处的温度场分布特点。结果表明:电缆接头及附近本体间存在轴向温度分布,接头的线芯温度和径向温差均高于电缆本体。由于电缆接头温度场分布特点,接头成为限制电缆线路载流量的瓶颈。     

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。     

穿过不利散热区域排管电力电缆的三维热路模型分析计算

目的当整条电缆线路被敷设时,由于环境的变化引起部分电缆段热阻高于周围环境介质的区域,导致处于此区电缆段导体温度也高于线路中剩余缆段,从而影响整条电缆的载流量下降。方法根据电缆周围环境介质热特性不同,分析穿过不利散热区时的电缆同时产生径向和轴向热流,利用调和平均法对电缆薄层处理,从而建立和简化不利散热区的三维离散热路模型,修正外热阻计算参数;基于IEC60287电缆载流量计算的基础上,迭代计算三维热场中电缆的稳态载流量。结果通过对单回路三根型号YJV8.7/10k V 1×300电缆的仿真计算,得到电缆轴向导体温度分布曲线和两个温度区域的排管敷设交联聚乙烯电缆的载流量。结果显示电缆稳态时载流量降低达40%以上。结论穿过不利散热区的电缆轴向温度和载流量的计算分析,为电力部门相关工作人员确定电缆载流量提供了参考数据。     

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。     

110 kV插拔式GIS电缆终端轴向传热分析

GIS电缆终端的轴向传热特性对电缆资产的可靠性与利用率均有重要意义。本文通过建立GIS电缆终端等效热路模型,理论分析其传热特性与载流热点,通过搭建了110kV GIS电缆终端大电流实验平台,激励800A至1200A稳态负荷电流,量化分析其轴向传热特性与影响范围。结果显示,GIS电缆终端轴向传热程度与载荷大小正相关,当载荷为1200A时,至高点温度为93.0℃,最大轴向温差可达15.4℃,已超过电缆线路的额定载流量。分析表明,GIS电缆终端轴向传热明显,其影响范围为尾管后1m左右距离,顶推弹簧截面处的导体为温度至高点,环境温度对GIS电缆终端与电缆本体影响权重等同并呈线性规律,本文研究结果可供电力调度及运行维护部门评估电缆线路载流量提供参考。     

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。     

玻璃钢保护壳对电缆接头热场影响的实验分析

加载电流达到稳态时,高压电缆中间接头沿导体轴向方向存在温度梯度,是否安装玻璃钢保护壳对接头轴向温度分布存在一定影响。为此,分析玻璃钢保护壳的引入对电缆中间接头导体轴向温度分布的影响,设计了一套高压电缆大电流温升实验系统,完成了630 mm2电缆接头在有玻璃钢保护壳和无玻璃钢保护壳加载稳态电流的实验。实验结果表明,引入玻璃钢保护壳使电缆接头轴向及径向温差增大,接头对本体的影响范围也增大。     

高压电缆中间接头轴向传热的实验研究

高压电缆接头加载电流达到稳态时,电缆接头及附近本体导体沿轴向存在温度分布梯度,载荷能力和玻璃钢保护壳的引入对此温度分布存在影响。为研究载荷能力和玻璃钢保护壳的引入对电缆接头轴向传热过程的影响,建立了电缆接头的简化热路模型,分析了接头内部的热传递特点,并搭建了高压电缆接头温升实验平台,分别完成了引入玻璃钢保护壳前后电缆接头不同载荷水平下的稳态温升试验。实验结果表明,玻璃钢保护壳的引入降低了电缆接头主体内导体温度沿轴向的下降速度;当电缆接头运行在更高的负荷下时,电缆接头整体温度和轴向温差均增大,接头主体部分的导体温度变化率也随之增大,且附近本体导体温度沿轴向波动更加明显。玻璃钢保护壳的引入和载荷水平的提高均增大了接头轴向传热对电缆本体导体沿轴向的温度分布的影响程度和影响范围。     

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。     

高压直流电缆稳态载流量解析计算方法

高压直流电缆稳态载流量的准确计算对于其传输能力的充分利用具有重要意义。首先,提出了高压直流电缆稳态载流量解析计算方法,该方法同时考虑了线芯导体最高长期允许温度和绝缘层最大允许温差。其次,利用该方法对?160 kV交联聚乙烯直流电缆稳态载流量进行了计算,并用有限元法进行了验证。最后,研究了敷设环境温度、线芯导体最高长期允许温度和绝缘层最大允许温差对直流电缆稳态载流量的影响规律,发现考虑线芯导体最高长期允许温度和考虑绝缘层最大允许温差的直流电缆稳态载流量随敷设环境温度的变化曲线可能存在交点,当敷设环境温度高于交点温度时,线芯导体最高长期允许温度决定了稳态载流量;当敷设环境温度低于交点温度时,绝缘层最大允许温差决定了稳态载流量。     

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%。     

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。     

电缆中间接头温度场特性研究

电缆中间接头是线路运行中的薄弱环节,研究电缆中间接头的温度场分布特性,对电缆安全可靠运行具有重要意义。以10 kV三芯电缆中间接头为研究对象,分析了电缆中间接头径向和轴向的温度场分布特性,并研究了环境温度和负荷电流对电缆中间接头导体最高温度、中间接头表面温度和本体表面温度的影响规律,最后结合安全工况分析给出基于电缆接头表面温度判断其是否处于安全运行状态的依据。该分析结果可为电缆中间接头的运行状态监测及预警提供参考依据。     

提高单世电缆短时负荷载流量的试验分析

最大限度的利用电力电缆的输送容量一直是电缆设计、运行管理和电力调度所关注的问题.为了提高运行电缆的短时负荷载流量,对影响电缆导体温度的环境热阻和环境温度两个因素进行了局部灵敏度分析,并设计了110 kV交联聚乙烯单芯电缆土壤直埋、水中敷设、空气敷设3种条件下的阶跃电流温升试验,对试验数据进行分析发现:3种环境不同电流下...     

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。     

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。     

夹具对高压绝缘电缆热学特性影响的有限元分析

夹具是已敷设高压绝缘电缆线路中的必备组件,为了获得夹具对缆体热学特性的影响,以典型220kV交流单芯交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆为对象进行电热耦合有限元分析。按照国内某市电缆的实际敷设情况,建立电缆在五种不同材料夹具下的二维和三维电热耦合有限元模型,通过稳态和暂态热力学计算,获得电缆在不同夹具下的载流量和热时间常数;通过计算不同夹具材料和间隔下的电缆温度,得到导体温度在径向和轴向的分布规律,并获得夹具材料和间隔距离与电缆导体温度的关系函数。结果表明,夹具的材料和间隔距离对电缆的载流量和热时间常数都有影响,夹具的热导率和间隔距离都存在一个临界值,在该值两侧导体温度变化存在较大差异。该文研究可为电缆的施工和运维提供理论和数据支持。     

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。     

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,本文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。采用有限元分析法,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;随着电流负载的增加,电缆发热对周围环境温度的影响也随之增加;双回路和四回路敷设时电缆的稳态载流量高于八回路敷设时的电缆稳态载流量;电缆表面温度随着通风速率的增加而逐渐减小。