基于热电类比理论的光纤复合低压电缆温度分布特性研究

光纤复合低压电缆(OPLC)作为坚强智能电网的重要产品,将光单元与电缆复合在一起,能够实现信息及电力的双重传输.OPLC温度特性研究对决定光网络传输稳定性和可靠性具有重要意义.本文基于热电类比理论提出了OPLC热路模型的建模方法,以双缆芯OPLC为例建立暂态热路模型,并对光单元位置单独建模,实现各位置温度的精确计算.在...     

基于有限元分析的光纤复合低压电缆热场仿真和结构优化

光纤复合低压电缆（OPLC）是由绝缘导体和光单元组成的复合电缆,可以实现低压电力和光通信双重传输。依据OPLC的运行原理,分析其运行过程中的电热关系,对OPLC内光纤温度与光纤传输损耗关系进行研究分析,说明了光纤温度变化对其传输损耗的表征作用。针对OPLC工作时电热效应导致光纤温度升高问题,从调整OPLC结构的角度提出优化模型,依次改变光单元位置 、耐热层材料、耐热层厚度,采用具有微管结构的光单元。利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合仿真软件进行仿真,分别计算了OPLC在额定工作状态下原始结构与优化后结构的温度分布。采用优化结构后光纤温度由86.8 ℃降低至77.25 ℃,表明本文提出的OPLC优化结构可以有效降低电热效应对光纤的影响。     

油浸式变压器顶层油温热路模型计算分析与检验

介绍了传统变压器内部热场的有限元方法模拟热路模型,并在此基础上,增加平均油温、太阳辐射等条件参数,对原有模型进行改进,利用光纤光栅温度测量系统,对变压器样机进行现场温升试验,并将热路修正模型计算结果与几台变压器实测温升数据进行对比,结果验证了该热路修正模型的精确性。     

OPLC接头盒的研制

光纤复合低压电缆（OPLC）集电缆的输电功能和光纤的通信功能为一体,近年来随着智能电网的发展,OPLC线缆将会在市场广泛应用。其中OPLC的接续涉及到光电安全分离、光纤接续及保护、电缆连接及保护等,是OPLC实现光纤到户的重要技术之一。为了解决这些技术问题,研制了OPLC接头盒。文章分析了OPLC的接续特点及OPLC的光纤接续引出的要求。介绍了OPLC接头盒的研制过程,为智能电网的推广提供借鉴。     

采用Laplace方法的单芯电缆线芯温度动态计算

电缆线芯温度是电缆安全运行的重要参数。针对电缆线芯温度难于实时监测的问题,结合电缆传热学原理,提出基于电缆实际运行电流和表面温度计算电缆线芯温度的方法。首先建立电缆线芯温度动态计算的热路模型,进一步推导出计算电缆线芯温度的Laplace热路模型;然后剖分连续运行电流为阶跃输入值,并代入基于集中参数法所建立的Laplace热路模型,从而实现连续变化电流作为电缆线芯温度计算的实时输入量。通过试验研究和误差分析,基于电缆表面温度和实际运行电流实时计算线芯温度方法可以满足线芯温度实时监测,进一步研究分析能够实现载流量预测。     

三芯海底电缆中复合光纤与导体温度关系建模

三芯光纤复合海底电缆中光纤以内填充层热阻的准确计算是建立光纤与导体温度关系的关键和难点。本文在建立三芯海缆热路模型的基础上,根据虚拟热源和镜像法,利用光纤温度计算出填充层外径处温度,进而计算出铠装层外径处温度;根据傅氏传热学原理计算出光纤处等温面至铠装层外径处等温面的热阻;利用形状因子法计算出填充层内径至铠装层外径的总热阻,再减去光纤处等温面至铠装层外径处等温面的热阻,得到光纤以内填充层的热阻;根据热路模型建立了光纤与导体的温度关系方程,并用有限元求解结果验证了方程的正确性。结果表明,三芯海缆的光纤与导体温度呈线性关系,导体温度每上升1.15℃,光纤温度上升1℃;相同导体温度下,环境温度每上升7.7℃,光纤温度上升1℃。根据光纤温度和环境温度可计算出导体温度,作为三芯海缆导体温度监测和载流量计算的理论依据。     

基于iSIGHT平台的开关电源电热耦合仿真方法

为了实现开关电源性能特性的精确仿真分析,需要考虑温度与元器件之间的电热耦合效应,否则将无法准确模拟电源真实工作状态。提出一种基于i SIGHT平台的开关电源电热耦合建模与仿真分析方法。采用有限元仿真方法提取高频变压器分布参数,建立等效电路模型;分析功率半导体器件工作特性受温度的影响关系,建立肖特基二极管和功率MOSFET的电热耦合仿真模型。以某开关电源为对象,分别建立电路仿真模型和稳态热场仿真模型,采用i SIGHT对电、热仿真过程进行集成,实现电热耦合仿真数据的自动化交互。该电热耦合仿真方法提高了电、热特性的仿真精度,可精确描述开关电源的性能特性与下位特性参数的关系,为产品优化设计提供了准确有效的手段。     

基于参数拟合技术直埋电缆的缆芯暂态温度计算

电缆温度的暂态计算对其传输容量的合理分配及安全预警具有重要意义。然而在实际计算直埋电缆的温度时,存在电缆绝缘材料及周围土壤的热参数（密度、比热容、导热率）不易获取,或绝缘材料的热参数因老化而改变等问题,使得数值方法和传统热路法难以实现对电缆温度的精确计算。当电缆状况和敷设环境已知时,在传统电缆热路模型的基础上,提出了一种通过信赖域算法后,再根据实测量温度来拟合改进的热路模型参数的方法,并得出电缆的缆芯和表面温度简化计算式,避免了绝缘层和敷设环境热参数难以获取的问题,减小了电缆温度的计算量。最后使用110 kV XLPE电缆开展直埋电缆的温升实验,将实测温度与计算值对比,仅存在较小的误差,证明了热路参数拟合和温度简化计算式的准确性。     

基于熵指标的热能传输动态特性建模与仿真分析EI北大核心CSCD

为研究集中供热管网的物理特性和动态热力特性,以熵的输运为基础,基于传热规律和热力学定律提出温度-广义熵流模型。类比经典电路分析理论,以温度为强度量,熵流为广延量,建立热能传输的分布参数电路等值模型和集中参数模型,对热能传输过程中的损耗和时延特性进行精确建模。所得模型通过与热路供热流动的偏微分方程求解结果进行对比,验证了模型的正确性。另外,利用能量守恒定律和熵的不守恒原理,以熵为标度,提出热网中管道和节点处可用热功率及其损失的计算方法,衡量热网中热能传输过程中能量的数量与品质,可直观展示热网中热能可用功率的变化情况。     

电缆导体温度及过负荷能力的研究

导体温度是反应电力电缆运行状态的重要参数,对于含有内置光纤的电力电缆,通过建立光纤到电缆导体的热路模型,推导出导体温度变化表达式,利用光纤所测得温度和实时负荷计算电缆导体的温度,并搭载了实验平台,实际测试电缆导体温度与电缆导体温度计算结果相比较。研究发现:本文提出的计算电缆导体温度的方法满足工程需要,误差来源于光纤测量系统、电缆自身热物性参数和土壤热阻系数,其中土壤热阻系数越大误差越大;实际运行中的电缆线路具有很大的裕度,对于2 200 mm~2和1 400 mm~2电力电缆而言,以60%额定载流量能持续运行8 h为基准,2 200 mm~2的电缆可以施加1.45倍的过负荷,1 400 mm~2电力电缆可以施加1.28倍的过负荷。     

高压电缆温度在线监测系统中热点位置研究

基于光纤的分布式温度测量系统是一种利用激光在光纤中的传播特性,实现实时测量空间温度场的技术。文章介绍了用于高压电缆表面温度测量的光纤测温系统,建立了高压电缆的热路模型,分析了不同位置表面温度对电缆线芯温度计算结果的影响,给出了不同排列方式下光纤安装位置的指导性意见。     

基于暂态热路模型及反演算法的电缆接头导体温度监测

对电缆接头温度进行实时监测对于预防电缆接头的热致事故是十分重要的,但传统的基于精确热网络模型的温度反演算法实现难度非常大。建立了计入电缆接头分布式热容的暂态热路模型,并据此推导出电缆接头导体温度反演算法。同时,利用仿真软件模拟各种负荷状态下电缆接头温度的变化,为电缆接头温度反演算法的研究提供技术手段。通过实验室模拟,证实了所提出的监测方法的有效性。     

计算Scott牵引变压器内部温升的热路模型法

牵引变压器的绝缘寿命很大程度上取决于绕组热点温度,研究其内部温升具有重要意义。为此,针对Scott牵引变压器特殊的绕组连接、铁心结构和电气特性,利用热传输原理分析了其内部热量的产生和传输过程;参考电路原理建立了Scott牵引变压器内部热路模型;参照基尔霍夫定理推导了温升的计算式,从而建立了Scott牵引变压器的热路温升计算模型和简化的热路温升计算模型;采用两种热路温升计算模型和IEC温升计算法仿真了同一负荷下的Scott牵引变压器,仿真结果说明了模型的有效性。     

基于修正热路模型的变压器顶层油温及绕组热点温度计算方法

提出基于修正热路模型方法进行变压器顶层油温及绕组热点温度计算的方法,对变压器的传热过程进行了研究,建立了热路模型。介绍了根据不同油温进行热路参数的调整并利用调整后的热路参数进行变压器顶层油温及热点温度的计算。采用文中计算方法与国家标准计算方法,对某220 kV变压器进行计算,将计算结果与变压器的温升试验数据进行比对,表明在考虑油流粘度变化的情况下,计算结果能够反映变压器热传递的暂态过程信息。     

基于IEC 60287和有限元法的高压海底电缆温度场分析方法

高压交联聚乙烯(XLPE)海底电缆结构复杂、敷设环境特殊,分析导体温度时需要考虑较多因素。笔者详细介绍了海缆分层及参数计算注意事项,参照IEC 60287标准进行计算,建立了海缆的精确热路模型,获得了海缆导体温度及各层温度的矩阵方程。采用有限元方法仿真了不同环境温度及负荷下的海缆温度场,环境温度在14~24℃之间、电流在100~500 A之间变化时,热路模型与有限元仿真获得的导体温度偏差小于0.3℃。仿真结果表明,热路模型得到的导体温度及各层温度关系的计算精度满足要求,且与外界环境温度无关,为精确计算海缆导体温度提供参考。     

基于IEC 60287和有限元法的高压海底电缆温度场分析方法

高压交联聚乙烯(XLPE)海底电缆结构复杂、敷设环境特殊,分析导体温度时需要考虑较多因素。笔者详细介绍了海缆分层及参数计算注意事项,参照IEC 60287标准进行计算,建立了海缆的精确热路模型,获得了海缆导体温度及各层温度的矩阵方程。采用有限元方法仿真了不同环境温度及负荷下的海缆温度场,环境温度在14~24℃之间、电流在100~500 A之间变化时,热路模型与有限元仿真获得的导体温度偏差小于0.3℃。仿真结果表明,热路模型得到的导体温度及各层温度关系的计算精度满足要求,且与外界环境温度无关,为精确计算海缆导体温度提供参考。     

基于自产热和外传热的锂离子电池热学模型参数辨识方法

锂离子电池热学模型参数（热容和热阻）的准确辨识对电池热电耦合建模及状态参数估计至关重要。然而传统测量方法成本高且测试周期长，如何利用充放电工况结合产热和传热机理研究快速热参数辨识方法具有重要意义。以8A?h软包锂离子电池为研究对象，建立分布式热路模型；设计双向脉冲工况实验，采用自适应粒子群算法（APSO）进行辨识；同时采用其他工况进行验证，实验和仿真温度误差小于0.1℃。另外，将热容和热阻转换为比热容和导热系数，并与其他文献中同类电池的参数进行比对，量级接近。研究结果表明，该方法可以有效解决层叠式软包锂离子电池热学模型参数辨识难的问题，且简便易行、成本低。     

220kV瓷柱式断路器修正热路模型研究

为了确保断路器设备在系统增容运行时的安全运行,对其热场进行计算与分析具有重要意义。针对220 kV瓷柱式断路器,建立了温升计算热路模型。模型中包含稳态热场和动态热场两部分,考虑了环境温度、风速、SF6气压、接触电阻等因素的影响。利用数值仿真方法对热路模型进行修正,使模型更加适用于工程计算。通过校验发现,模型计算结果与有限元仿真结果偏差不超过±10%,说明本文所建立热路模型具有较高的准确性。     

油浸式电力变压器动态热路改进模型

油浸式电力变压器绕组的热点温度是指导变压器负载运行方式和影响变压器绝缘寿命的重要参数,准确计算绕组热点温度具有重要意义。在分析运行变压器散热过程的基础上,考虑油箱外壁与周围环境的热量传递,利用传热学原理和热电类比方法,定义非线性热阻和集总热容,并考虑油粘度随温度的变化,建立电力变压器动态等效热路的改进计算模型。将模型的计算结果与实验室自然油循环自然空气(oilnatural-air natural,ONAN)冷却方式下100 kVA/5 kV油浸式温升试验变压器实测数据和IEEE Std C57.91推荐方法计算值进行对比,比较结果表明:通过改进模型计算的变压器顶层油温和绕组热点温度具有较高的精度。     

J-A模型误差修正和温度特性仿真

Jiles-Atherton(J-A)模型在磁滞建模领域应用广泛,但其二次磁滞回线仿真结果误差较大且无法仿真磁滞回线温度特性。为建立精确并反映温度特性的磁滞回线模型,提出了J-A模型误差修正和温度特性仿真方法。通过修正模型参数提高二次磁滞回线仿真准确度,同时引入居里温度、临界指数等附加参数,实现了对磁滞回线温度特性的仿真。最后以硅钢片为例介绍了建模过程并进行了实验验证,仿真与实验结果吻合,证明了方法的有效性。