直埋电力电缆温度场计算模型

研究了埋设于复杂土壤中的电力电缆在暂态和稳态情况下的温度场和载流量,用有限差分法离散传热方程,对电缆和土壤区域分别采用极坐标和直角坐标;为了加快计算速度,采用了不均匀网络。本模型适用于电力电缆稳态和短路或过载等暂态的温度场和载流量的计算。     

.一种运行电缆导体实时温度计算方法

运行电缆导体温度监测一直是电缆安全运行所关注的问题。运行电缆某时刻导体温度不能直接测量,往往是在已知电缆导体初始温度的前提下,通过计算间接获取。因此提出了用一定时段稳态温度直接作为导体实时温度计算初始值,并利用暂态和稳态热路模型对暂态和稳态导体温度进行了计算。通过试验证实了可行性,并在某工程中进行了验证,为运行电缆的安全运行和预警创造条件。     

坐标组合法对直埋电缆与土壤界面温度场的数值计算

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是很有意义的。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 ,最终可以确定任意敷设方式下电缆允许的载流量。计算与实验结果进行比较 ,认为完全可以满足实际需要。     

耦合长线稳态分析的非解耦模型及其算法

本文推导了多相耦合输电线路在相坐标下的非解耦稳态分析模型，并给出了计算这种模型参数的一种直接算法。     

采用MATLAB仿真的变电站高压进线温度场和载流量数值计算

随着电力电缆在输配电线路中的广泛应用,准确确定电力电缆及其周围环境温度场的分布和电缆的载流量对于提高电力电缆的使用率、动态调整负荷具有重要的意义。为此,以地下排管敷设的交联聚乙烯电力电缆为研究对象,其实际模型为1个容量为250MVA、额定电压为230kV的变电站的高压进线。根据传热学和有限元法(finite element method,FEM)基本原理,建立了1种基于有限元法的水泥排管敷设电缆温度场计算模型,并对电缆及其周围环境的求解区域进行复合有限三角形单元剖分,即对电缆区域进行较密集的网格划分,而对电缆周围的土壤区域则进行较为稀疏的网格划分,以提高程序的运算精度和运行速度。结果表明:用MATLAB软件仿真,从而得到电缆及其周围环境的温度场分布,迭代计算了排管敷设交联聚乙烯电缆的载流量。证明使用有限元的方法分析地下电缆温度场,为电力工程中电缆载流量确定提供了一个比较可靠的计算方法。     

电力电缆极限传输长度研究

电力电缆不同于架空线路,其并联电容很大,导致电容充电电流大,空载运行时引起末端电压升高严重。针对该问题,基于电力电缆的正序模型,采用稳态解析分析方法研究电力电缆极限传输长度。所提出的方法适用于任何稳态运行下的有损电缆。研究发现电缆空载电压升高对200 km内电缆的限制不大。40 km以内的电缆空载末端电压升高在1%以内,与现场实测的结果相符。充电电流是限制电缆传输长度的瓶颈,然而计算结果表明,0.3补偿度两端点补偿的电缆在长度100 km时的功率因数还可以达到0.94, 比目前大部分工程应用的长度60 km大很多,说明100 km的超长电缆输电线在理论上是可行的。     

Scott接线牵引变压器运行特性与等值模型研究

利用漏磁阻抗概念讨论了Scott接线变压器的负载特性 ,特别是中性点电位偏移问题 ;提出了Scott接线变压器的两相等效电路 ,并揭示出了与利用系统坐标变换方法一致的三相—两相阻抗变换关系。最后给出了可用于稳态和暂态分析的相坐标下的数学模型     

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。     

Ampacity of cables in single covered trays

A mathematical thermal model is developed to predict the operating temperatures of cables in a single covered tray when there is load diversity in the power cable bundle. The model accommodates two different loading scenarios: one in which the heat is distributed evenly across the cable tray cross section; and one which concentrates the heavily loaded cables along the centerline, while surrounding them with more lightly loaded cables. The temperature predictions provided by the model are compared to data found in other IEEE papers, data collected in laboratory measurements, and new data from a four-year study of cable trays in an operating nuclear plant. Reasons for differences between the field data and the computer results are discussed. The model is used to evaluate the conservatism in the available Codes and Standards. A derating factor is introduced that is defined in terms of the ampacity of power cables in open-top trays. The derating factor accounts for the added thermal resistance present when a cover is placed over the cables, trapping a layer of stagnant air on top of the cable mass. The computer model is then used to predict values for the derating factor as a function of cable depth. The derating factor is shown to be independent of the composition of cables in the tray. The presence of a cover is shown to reduce the ampacity based on an uncovered tray by up to 25 percent depending on the depth of the cables in the tray     

基于有限元法的电缆接头温度场仿真

为了简化计算,在对电缆接头进行温度场仿真时,一般会利用其轴对称性来建立模型,但该模型与电缆实际敷设情况相比存在差异,导致仿真结果不准确。利用有限元软件Ansys分别仿真了轴对称模型下和实际敷设情况下电缆的温度场,通过对比分析,可以发现,用一定半径的环形土壤可以模拟实际土壤情况。将该半径应用到电缆接头的温度场仿真中,结果显示,用一定半径的环形土壤来模拟电缆实际敷设土壤情况,可以在轴对称模型下使电缆接头的温度场仿真结果更加准确。     

用有限元法优化高压电缆参数

提出了优化高压电缆的综合场数学模型 ,它包括电流场和静电场 ,推出了综合电场的边值问题 ,并用有限元法离散此数学模型。改进了传统的双共轭梯度法 ,并用此方法解离散的线性方程组 ,改善了解的收敛特性。优化了高压电缆参数 ,改善了高压电缆终端的电场分布     

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。     

水中敷设电缆载流量的实验和分析

为了研究水中敷设电缆的载流量特性,设计了110 kV交联聚乙烯单芯电缆水中敷设、空气中敷设2种条件下的阶跃电流暂态温升实验.对实验数据进行分析发现:相同电流下,稳态时,水中敷设电缆的线芯温度要比空气中敷设电缆的线芯温度低30%以上;相同负荷特性时,水中敷设的电缆可以提高载流量50%以上.     

城市配电环网中的高温超导轻型直流联络线方案研究

为了阐明在城市配网中综合应用高温超导直流电缆与轻型直流输电技术构成闭环运行模式的方案的可行性及优势,建立了基于电力系统计算机辅助设计/电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC的系统仿真模型,并在此基础上仿真对于城市配网稳态与暂态特性的影响进行仿真,其中包括110 k V母线的电压幅值变化和110 k V变电站负荷的功率传输特性等。仿真结果表明,该方案不仅能够增加110 k V线路的供电冗余度,提升变电站110 k V母线的电压幅值,还能够在交流供电线路发生故障、故障被切除和系统恢复供电这一动态过程中,降低110 k V母线电压和负荷功率的振荡幅度和振荡时间。     

土壤直埋电缆群额定载流量的计算

当多根电缆埋地敷设时,电缆之间热的相互影响使每根电缆的载流量不同程度的降低。每根电缆的载流量由IEC60287给定公式计算,其环境温度由土壤环境温度和其他电缆在该点的温升迭加所决定。其他电缆在该点的温升可以采用镜像法计算。这样,每一根电缆额定载流量将由其他电缆决定,用高斯-赛德尔迭代法对以额定载流量为变量的方程组进行求解,计算了电缆群等负荷、不等负荷以及环境因素对载流量的影响。试验结果表明,计算结果符合工程实际要求。     

三相同步发电机整流系统稳态运行特性的解析计算

本文对具有反电势负载的三相同步发电机整流系统的稳态运行特性进行了分析,给出了三相整流系统的实用等效电路图;提出了同步发电机整流系统稳态运行特性的解析计算法,导出了解析计算公式,并给出了其计算步骤.解析法避免了复杂的数字仿真过程,使这类问题的求解大为简化.解析公式消除了计算过程中的误差,可直接用于Y型接法或△型接法的三相同步发电机整流系统稳态运行特性及谐波计算,具有较高的精度.     

H桥级联式SSSC阻抗补偿域及准稳态模型

根据电压源模型及电流源模型的各自特点,提出了在数学分析中将外接系统等效为电流源模型,而在仿真中采用电压源模型的静止同步串联补偿器(SSSC)电力系统分析等效方法.根据调制比的变化规律,计算出了考虑稳态最大允许电流的H桥级联式SSSC在不同调制方式下的阻抗补偿域.计及直流侧电压波动及脉冲触发时刻,推导了在一定参考阻抗下H桥级联式SSSC输出电压的准稳态数学模型.最后,通过RTDS及EMTDS/PSCAD仿真及实验验证了计算结果的正确性.     

基于隐枚举法的快速分级切负荷优化方法

目前稳控装置广泛采用的穷举法已经很难满足快速、精准切负荷的要求。为了高效地求解切负荷优化问题,为紧急决策争取更多时间,提出了基于隐枚举法的快速分级切负荷优化方法。该方法协调低频和低压切负荷动作轮次,建立切负荷优化模型,通过制定合适的搜索策略和剪枝策略,仅在可行解范围内进行寻优,大大提高了计算最优解的效率。切负荷算例结果表明同等条件下该方法可以节约至少50%以上的计算时间,实现了稳控装置的快速切负荷,保证了紧急情况下电网的安全稳定运行。     

电力电缆短期允许负载电流的计算

综合了空气中、直接埋地两种敷设下电力电缆短期允许负载电流的计算方法,研究了其中土壤划分区域个数的选择、短时负载前电缆非满载运行下线芯温度的确定等问题并参考载流量计算中相关参数的确定方式,给出了电缆在直埋更换回填土以及水泥槽中管道敷设情况下的短期负载电流计算公式,并以简单计算验证其正确性。相关设计思想可供其它敷设方式的电缆短期负载电流计算参考。