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%。     

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。     

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。     

极端高温下10kV电缆中间接头载流量分析

随着世界各地夏季环境温度不断升高,电缆中间接头的工作环境正在恶化。为此,文中基于有限元法建立10 kV三芯电缆及其中间接头仿真模型,分析不同环境温度和不同电流下中间接头的温度分布。首先,开展温升试验,得到电缆中间接头表面的稳态温度,验证仿真模型的准确性;然后,拟合不同环境温度下中间接头高压载流导体表面温度与电流的函数关系,以此可以计算不同极端环境温度下中间接头的极限安全载流量。结果表明,环境温度升高对中间接头高压载流导体表面的温度分布趋势几乎没有影响,在外护套外表面处也满足此规律。中间接头高压载流导体表面温度与电流近似成二次函数关系。当电流幅值为480 A、环境温度为75 ℃时,高压载流导体表面与外护套外表面最高温度分别是环境温度为30 ℃时的1.57倍与1.69倍。当环境温度超过55 ℃时,按照国标规定的持续允许载流量会使中间接头高压铜导体表面温度超过最高允许运行温度90 ℃。考虑到自2020年起夏季环境温度持续增加,现行国标中10 kV铜导体三芯交联聚乙烯绝缘电缆中间接头的持续允许载流量须被修正。     

不同金属屏蔽形式XLPE高压直流电缆载流量计算与试验验证

为了明确不同金属屏蔽形式对高压直流电缆载流量的影响,并对比热分析法和有限元仿真两种理论计算方法结果的准确性,选取导体截面3 000 mm2的铜芯±525 kV交联聚乙烯(XLPE)绝缘直流电缆,分别通过热分析法和有限元仿真计算皱纹铝套和铜丝屏蔽结构下直流电缆的载流量,并设计直流载流试验对两种电缆样品进行载流量测试.结果...     

高压交联聚乙烯绝缘海底电缆载流量分析

通过对海缆结构、材料、敷设方式和负荷特性等的阐述,综合分析了这些因素对海缆载流量的影响。以川岛联网工程海缆敷设为实例,提出满足系统输送容量要求的优化设计计算。     

高压直流电缆接头稳态温度场分布及其影响因素

温度是反映电缆中间接头运行状态的重要参数。与交流不同,高压直流电缆中间接头绝缘层温度的变化影响着电场分布和空间电荷的积累,因此不仅要关注接头线芯的温度,更要研究绝缘层温度和绝缘层内外表面温差的变化。建立了高压直流XLPE绝缘电缆中间接头的简化模型,利用有限元软件进行仿真,得到了接头绝缘层稳态温度分布,并研究了不同线芯电流和电缆接头外表面温度分别对接头导线芯温度、XLPE主绝缘和硅橡胶（SIR）增强绝缘层温度分布以及绝缘层内外表面温差的影响。结果表明：直流高压下,线芯电流对三者影响较为显著;接头外表面温度对接头导线芯最高温度、绝缘层最高温度和绝缘层温度分布有影响,而对绝缘层内外表面温差的影响可忽略不计。     

直埋地下电缆温度场和载流量的数值计算

高压电力输送在城市一般都采用地下电缆的形式。为确保电缆能够安全，正常的工作，采用精确的方法预计地下电缆的载流量与热特性其意义是很大的。本文采用有限差分法，用坐标组合的方式对土壤区域和电缆区域分别进行计算，最终确定了任意敷设方式下电缆允许的载流量。由于土壤的导热系数对电缆的载流量有很大影响，为此特别搭建土壤导热系数实验台，用于精确的测量土壤的导热系数。     

绝缘层厚度对高压直流电缆电场和温度场分布的影响

高压电缆电场和温度场分布是绝缘层厚度设计需要重点考虑的因素。该文建立了高压直流电缆电-热耦合仿真模型;测量并分析电缆绝缘层和半导电屏蔽层的电阻特性和导热特性随温度的变化规律;计算绝缘层厚度对电缆电场和温度场的影响规律,讨论了载流量和敷设方式对不同绝缘层厚度电缆温度场分布的影响。实验结果表明,随着温度的升高（25～90℃）,XLPE电阻率下降2～3个数量级,半导电屏蔽层则由21.4Ω·cm增加至75.5Ω·cm;整体上,半导电屏蔽层导热系数约为绝缘层的两倍。将实验参数代入仿真模型,发现绝缘层厚度从20mm增加至35mm时,绝缘层内侧电场降低约34%,绝缘层内外温差增加约54%;随着载流量的增加,绝缘层温差由800A的3.5℃增加到2 400A的31.4℃;三种敷设方式散热效率由高至低依次为隧道敷设、直埋敷设和管道敷设。     

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。     

提高地下高压电缆载流能力的优化方法

为提高现有地下电缆群的总体送电能力,对目前以统一栽流量为最大负荷电流的保守运行方法进行改进。在IEC标准的基础上以整体负荷电流最大为目标,以单根电缆不超过最高长期运行温度为限制条件,基于障碍函数法及改进牛顿法的技术手段求解总负荷电流极大值,对每一回路运行电流进行优化。计算表明,该优化方法可使总负荷电流提高5％左右,在多回路敷设时优化效果更好,明显提高了电缆运行的经济性。     

温度对高压直流电缆中间接头内电场分布的影响分析

高压直流电缆附件中的电场分布主要取决于绝缘材料的电导率而非相对介电常数,由于交联聚乙烯(XLPE)和硅橡胶(SR)2种绝缘材料电导率差异较大,且受电场强度和温度影响较严重,导致直流电缆附件的设计比交流附件复杂得多。为此,采用软件仿真手段分析了不同温度梯度作用时,直流电压、直流叠加冲击电压下电缆接头中的电场分布情况。研究结果表明:在直流电压下,随着温度的升高电缆接头内的最大电场强度(简称场强)及XLPE/SR分界面的切向场强会大幅增加,而且绝缘内最大场强出现位置也会由高压屏蔽端部转移到应力锥根部;当直流叠加冲击电压作用时,接头内的电场分布会出现3个场强极大值点,压接管端部高压屏蔽内侧的场强最大,且不随冲击电压极性和线芯温度的变化而变化;直流叠加正极性冲击电压作用下,压接管端部SR材料内侧和应力锥根部XLPE材料内侧的场强随温度的升高而降低,而在直流叠加负极性冲击电压作用下这2点的场强随温度的升高而增大。以上研究结果可供高压直流电缆附件设计参考。     

XLPE电缆排管敷设时稳定载流量的理论计算

介绍了排管敷设方式的交联电缆载流量的理论计算,包括单根电缆,等负载等截面多根电缆,负载不等、线芯截面不同的电缆,部分电缆等截面、等负载,部分电缆不等负载、不同截面的4种情况下埋地排管敷设方式的电缆载流量计算公式,并与无锡供电公司排管敷设载流量试验结果相比较,理论计算值与试验值误差不超过7%,符合工程需要。     

输电线温度及载流量ANSYS计算方法及修正因数

以LGJ240/40钢芯铝绞线为例,利用ANSYS软件建立数学模型,分别考虑不同季节的日照强度和国标规定值1 000 W/m2,仿真得出一定载流量下的导线温度,并采用摩尔根公式求解相同条件下的导线温度,以摩尔根公式计算结果为准进行误差分析。由误差分析可知,日照强度对ANSYS仿真结果的影响不大,而误差与复合散热系数及载流量大小呈线性关系,由此,利用Matlab进行多元线性回归分析法提出修正因数,使得ANSYS仿真结果更精确。     

阶跃电流作用下电缆中间接头温度测量技术的试验研究

电缆中间接头温度与运行状态密切相关,测量该温度可以为电缆状态检修及动态增容提供依据。为此,在10kV电缆中间接头冷缩预制件表面、保护铜壳、本体铜屏蔽层、线芯等典型测量点安装温度传感器,对比分析不同形式阶跃电流作用下各测量点温度响应曲线与电流之间的关系。研究结果表明,冷缩预制件表面温度受环境温度影响小,暂态电流作用下与线芯温度变化的延时较小,适合作为中间接头的温度测量点。以冷缩预制件表面温度测量值为原始数据,使用ANSYS软件构建中间接头的温度场仿真模型,在校正模型不确定参量的基础上计算线芯的稳态温度,计算值与实测值之间的计算相对误差最大值为3.9%;基于BP神经网络算法,以冷缩预制件表面温度测量值作为输入量预测线芯温度,计算值与实测值之间的计算绝对误差最大值为3.3°C,满足工程应用的要求。     

单芯电缆实时载流量计算方法研究

以电缆温度在线监测为基础,结合实时负荷数据和温度信息,采用有限元方法,对单芯电缆温度场进行分析,实时计算地下电缆的温度场和载流量。该计算方法考虑了外部土壤热阻的实时计算和更新,用环境温度、表面温度和实时负荷来间接计算。实验表明:该方法能准确获取电缆温度场和实时载流量,对提高电缆运行可靠性和输送能力具有重要意义。     

排管敷设XLPE电缆稳定戴流量试验研究

文章针对无锡电力公司东亭变电所的电缆线路，进行了一排4孔（1×4）4根10kV三芯交联电缆、三排4孔（3×4）12根10kV三芯交联电缆、三排4孔（3×4）10kV三芯电缆及三排4孔（3×4）110kV单芯电缆共24根电缆等3种电缆敷设方式的载流量试验。试验结果证实：不同敷设方式对电缆的允许载流量影响很大，一排4根电缆敷设方式的载流量比单根电缆敷设方式的载流量下降了24％；三排12根10kV电缆敷设方式的栽流量下降了42％；24根电缆敷设方式的载流量有多元解，按文章中的试验条件，该电缆敷设方式的载流量下降了44％。文章介绍了试验过程记录．还对今后电缆排管敷设提出了应注意的事项。     

电缆沟敷设方式下电缆温度场计算模型

针对电缆沟敷设方式下电力电缆的广泛应用以及传统方法载流量计算参数较难确定的不足,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,能够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,并提出了一种基于二分法来计算电缆载流量的方法。可为优化电缆敷设方案提供理论依据。     

排管敷设XLPE电缆稳定载流量试验研究

文章针对无锡电力公司东亭变电所的电缆线路,进行了一排4孔(1×4)4根10 kV三芯交联电缆、三排4孔(3×4)12根10 kV三芯交联电缆、三排4孔(3×4)10 kV三芯电缆及三排4孔(3×4)110 kV单芯电缆共24根电缆等3种电缆敷设方式的载流量试验。试验结果证实:不同敷设方式对电缆的允许载流量影响很大,一排4根电缆敷设方式的载流量比单根电缆敷设方式的载流量下降了24%;三排12根10 kV电缆敷设方式的载流量下降了42%;24根电缆敷设方式的载流量有多元解,按文章中的试验条件,该电缆敷设方式的载流量下降了44%。文章介绍了试验过程记录,还对今后电缆排管敷设提出了应注意的事项。