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。     

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。     

海底电缆载流量分析

正针对在不同铺设条件下研究海底电缆三相单芯和分相铅包海底电缆载流量计算方法,编写相应计算程序,得到在不同铺设条件下的电缆载流量。根据研究表明电缆的载流量超过额定值10%,电缆的寿命将减小一半,因而电缆载流量的控制,对于提高输电可靠性和延长电缆的使用寿命均具有重要意义。本文主要是针对具体型号的电缆在不同敷设条件下,分别研究三相单芯和分相铅包海底电缆载流量计算方法,编写相应计算程序,得到在不同敷设条件下的电缆载流量。     

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。     

典型敷设环境下超高压交流XLPE海底电缆载流量分析

超高压海底电缆线路跨度大,运行环境复杂多变,不同敷设环境下海底电缆的输送容量也不尽相同,有必要对典型敷设环境下超高压海缆输送载流量进行具体分析。文中基于IEC 60287建立考虑外界敷设环境影响下的500 kV交流交联聚乙烯(XLPE)超高压海底电缆稳态热路模型,分析不同敷设段、不同敷设方式、不同环境温度以及不同埋设深度对海缆载流量的影响规律进行分析,并建立超高压海底电缆磁-热-流多物理场耦合有限元仿真模型对稳态热路模型计算结果进行验证。结果表明：海缆登陆段为整条线路的载流量瓶颈段,当登陆段海缆采用管道敷设时,其载流量要比采用土壤直埋敷设时的载流量降低约150 A,海缆载流量随着外界温度的升高以及土壤埋设深度的增加而逐渐降低。有限元仿真结果验证了文中所建立的热路模型计算结果的准确性。     

排管敷设电缆群温度场和载流量数值计算

为充分利用电力电缆线路的传输容量,提高电缆的利用率,准确计算电缆线路的温度场分布,建立了地下排管敷设电缆群的热传导、热对流、热辐射微分方程,给出了2维共轭温度场的求解域和边界条件,利用涡量-流函数和伽略金法给出了自然对流的变分方程,利用迭代和耦合算法对方程进行了有限元分析和计算。给出了给定电缆负荷的温度场分布图,迭代计算了单回路和多回路交联聚乙烯电缆系统的载流量。排管内带绝缘发热管的试验和计算的对比,验证了计算模型的有效性。     

直流±250 kV海底电缆J型管段载流量提升研究北大核心CSCD

J型管作为新型电力系统中新能源海上风电送出系统海底电缆的保护装置,其存在会阻碍海缆对外散热,制约整条风电送出线路的载流量。为了提高J型管段海缆载流量,文中建立了典型J型管段流体—温度耦合数值模型,仿真分析了环境风速、太阳辐射、环境温度对直流±250 kV海底电缆封闭J型管系统温度场的影响规律,确定J型管载流量瓶颈位置,提出了一种J型管外壁开孔配合平台开孔引入外界风的J型管载流量提升方法,验证了仿真模型与算法的正确性。结果表明与全封闭J型管系统相比,J型管外壁开孔配合平台开孔能有效降低海缆温度,环境风速较低为1 m/s时载流量可有效提升13.98%。研究结果为指导J型管设计提升J型管段海缆载流量提供了新的解决方案。     

沟槽电缆温度场和载流量的数值计算

沟槽敷设方式下电缆附近的温度场同时受到周围空气、周围土壤和地表空气的影响,对其温度场的分析有助于准确确定沟槽电缆的载流量。该温度场中的热传递过程是流固耦合的,固体区域用热传导微分方程描述,沟槽内空气采用动量方程、能量方程和连续性方程与热辐射方程描述,流体和固体间热传递采用迭代法求解。采用三维有限元和涡量-流函数耦合求解上述热扩散方程,求得整个场域的温度场分布图和沟槽内空气层的流动方程,然后利用迭代法计算沟槽内电缆的载流量,直到导体温度为363K。计算结果显示,沟槽内存在较强的空气自然对流散热,沟槽内单根400mm2 YJV22XLPE电力电缆的载流量为825A,比直埋载流量提高了30%,比排管敷设载流量提高了51.9%。研究结果表明利用有限元和涡量-流函数,可以准确计算沟槽敷设电缆群的流场和温度场分布,从而准确计算沟槽敷设电缆的载流量。     

交流单芯海底电缆载流量提升方法研究

随着交流单芯海底电缆的大规模应用,海底电缆载流量提升会带来巨大的社会和经济效益。从运行频率和导电媒质电磁参数方面,定性分析了交流海底电缆载流量的影响因素,并提出了降低运行频率和铠装磁导率、提高屏蔽层电导率的载流量提升方法。通过对典型海底电缆的载流量的数值分析和计算,验证了所提载流量提升方法的有效性。     

海底电缆载流量计算方法的研究与选择

针对工程中海底电缆载流量计算准确性和方法选择问题,以工程中采用的交流三芯电缆为研究对象,分别用等效热阻法和有限元法进行直埋敷设情况下电缆载流量的计算,并分析直埋敷设时回路数变化对载流量的影响。分析结果表明,单回路敷设时等效热阻法快速简便且计算结果与有限元法相近,推荐采用等效热阻法计算;多回路敷设时等效热阻法误差较大,推荐采用有限元模型计算。     

三芯电缆载流量及温度场计算的有限元法

针对直埋方式的三芯交联聚乙烯（XLPE）电力电缆利用有限元法能任意布置结点和网格的特点,建立了地下电缆温度场计算模型,阐述了其计算原理.通过实例计算结果与实验数据对比表明,采用有限元法分析电力电缆载流量和温度场切实可行,且计算精确度高.     

电缆温度场的有限元分析

针对地下电缆结构和敷设过程中影响地下电缆输送能力的问题,应采取有效的方法对电缆的载流量和温度场进行准确分析计算.根据传热学原理,提出用有限元方法分析给定电缆负荷载流量和地下电缆温度场分布较为适宜.将该方法与IEC标准进行对比,完全符合要求.     

电缆绕组变压器绕组温度场的二维数值计算

对一个电缆绕组变压器的绕组，应用传热学和流体力学的原理建立其温度场和附近流场的有限元方程，通过求解方程，得到温度场和流场 分布，与实测温度值进行比较，误差均在3K范围内，从而证明了此方法的正确性，为研究该类变压器的温度特性提供了方便。     

基于有限元法的海底电缆埋设深度实时预测研究

在洋流冲刷、人类活动和地质运动等外部激励的长期影响下,海缆的埋设深度容易发生持续性变化,从而导致海缆故障率急剧增加、负载能力大幅下降等一系列严重问题。本文以35 kV光电复合型三芯海底电缆为主要研究对象,采用有限元法仿真了不同环境温度、不同埋设深度以及不同载流量下的海缆温度场,建立了不同载流量下缆芯温度与埋设深度的关系曲线,不同环境温度下缆芯温度与埋设深度的关系曲线,并拟合了相应的关系式,以此整合出海缆埋设深度实时预测的关系方程式通式。最后运用工程实际监测的多源数据,通过该通式实时预测了海缆的埋设深度以及变化趋势,同时结合海缆扰动能量以及海缆埋设深度实测值,验证了该预测方法不仅具有可行性和正确性,也具有较高的预测精度。     

海底电力电缆过载能力分析及其试验验证

基于海底电缆导体的温升原理,对其过载电流进行理论分析,并利用海底电缆热循环试验系统对典型110 kV海底电缆进行过载试验并进行数据拟合、分析,证明了对于某特定海底电缆在运行中的过载能力由海底电缆导体初始温度和过载时间决定。利用MATLAB函数曲线分析这2个因素对海底电缆过载能力的影响,得出其随着导体初始温度和过载时间的增大而减小的结论。结合2条海底电缆短时过载导体温升曲线的比较,提出一种短时过载情况下导体温升的简易算法,利用试验数据验证了该方法的可行性,为实际生产提供了参考。     

基于FEM的自由敷设在空气中电缆温度场分析

利用热学原理对空气中敷设电缆的温度场进行了分析。建立了基本模型、热对流方程和边界条件,用有限元计算了空气中敷设电缆的载流量在额定值时周围空气中温度的变化过程,得到了温度变化曲线。     

卷绕式超级电容器工作过程热分析

温度作为超级电容器的重要工作参数,对其性能和状态影响很大.该文建立了一种卷绕式圆柱形超级电容器的三维有限元热分析模型,并以2A参考电流进行恒流充放电测试,分析了其内部温度场分布情况.结果表明,最高温度出现在核心区最内层及其附近区域,循环充放电5次后,最高温度为34.5℃,进入稳态后,最高温度达到了42.5℃.进一步讨论了最高温度与充放电电流之间的关系,当充放电电流为4A,循环充放电5次后,最高温度超过60℃,此时需采取一定的冷却措施.该文所作研究可以为研究卷绕式超级电容器工作过程中的内部温度场分布及其结构设计提供思路.     

500 kV充油海底电缆运行状态综合在线监测系统研究

海南联网系统500 kV海底电缆运行环境复杂多变,会直接影响到海底电缆的运行状态.为了有效掌握海南联网系统三相31 km海底电缆的运行状态,研究充油海底电缆运行状态综合在线监测技术至关重要.文中根据海底电缆实际运行监测要求,结合充油海底电缆捆绑通信光缆的这一特殊结构,开展了基于布里渊光时域分析的分布式光纤温度传感技术研究,建立了基于IEC 60287热路模型的充油海底电缆的温度热场分布的热路模型,研制了500 kV充油海底电缆运行状态综合在线监测系统,完成了系统的现场安装及挂网运行.该系统能实时监测海底电缆的温度、油流以及油压等运行参数,通过海底电缆温度、油流以及油压历史数据分析,表明系统可实时监测海底电缆的运行状态及稳定可靠运行.     

基于ANSYS的热熔胶温度场分析

根据胶缸尺寸、材料性质和工作条件,对EVA热熔胶(E 乙烯和VA 醋酸乙烯组成)升温过程作出合理假设,建立了胶料升温的简化传热数学模型。利用有限元分析方法和ANSYS 14.5仿真软件,建立了胶缸加热温度场的三维有限元模型。以某种胶缸(设备材料为铝)为例,进行了温度场初步模拟计算,获得胶料温度场分布和各时间点熔胶量。针对原模型熔胶量低以及胶料易碳化等问题,对胶缸结构进行相应修改,并利用有限元分析得到改进模型温度场。分析所得仿真数据,并对比改进前后模型的温度分布和熔胶量,得到了较为满意的结果,从而验证了模型修改的可行性,为实际模型的改进提供参考和指导。