交直流电缆共沟敷设电磁环境影响因素

随着城市电力的扩张以及电力需求的增大,为解决地下电缆传输空间用地紧张的问题,新建的直流电缆将敷设在原有的交流隧道中,从而使电缆隧道内电磁场变得更为复杂.该文针对±320kV直流电缆和220kV交流电缆共沟敷设隧道建立电磁场仿真模型;计算隧道内的电磁场分布以及交流电缆在直流电缆上产生的感应电压;分析交直流电缆之间的距离、...     

66kV交流交联聚乙烯电缆线路改为直流运行的直流载流量

将交流电缆线路改为直流运行是提高电缆线路输送功率的有效途径之一,确定交流电缆的直流载流量对电缆的交流改直流运行意义重大。为此,采用解析法和数值法分析了空气中敷设66 kV电压等级交流交联聚乙烯(XLPE)电缆的直流载流量,开展了直流载流试验;同时采用数值法计算了直埋敷设2根平行排列交流电缆的直流载流量,并计算了电缆改为直流运行后的输送功率。计算结果表明:对于空气中敷设的交流电缆,采用解析法和数值法得到的直流载流量与试验测试结果基本一致(780 A);直埋敷设交流电缆的直流载流量约为710 A;当交流电缆改为直流运行的工作电压取57 kV时,其输送功率和原交流系统相等。上述结果验证了解析法在计算高压(66 kV)电缆直流载流量时的适用性,同时为后续66 kV交流电缆线路改为直流运行奠定了基础。     

隧道敷设交流电缆线路的工频磁场特性

城市地下电缆线路对环境及民众的电磁影响在近年引起广泛关注。利用二维有限元磁场分析方法,对典型电缆隧道建模,计算隧道内、外部环境中的工频磁场,研究其空间分布规律,并讨论相关因素的影响。研究发现,随着电缆回路数的增加、敷设密集程度加剧、负载电流增大,隧道内外部的工频磁场增加;与电缆线路之间的距离是决定工频磁场大小的关键要素;磁性支架中容易积聚较大的磁场,降低电缆的经济性及安全性。对几个实际电缆隧道中的工频磁场进行了现场测量,所得数据与仿真计算值吻合较好。计算和测量所涉及的电缆隧道在人行步道及地表所产生的工频磁场强度水平均在标准规定的曝露安全限值以内。     

基于体表电场的500 kV交直流同塔双回线路进入等电位的路径研究

500 kV交直流同塔混压线路塔头间隙紧凑且导线布置复杂,对进入等电位的方式和路径提出了严格的要求。为确定作业人员进入500 kV交直流同塔混压双回线路等电位的体表最大电场的特性和路径,针对张北500 kV柔性直流输电线工程的交直流同塔混压双回输电线路典型的直线塔,在Ansys有限元仿真软件中构建模型,分析了同塔混压双回线路交流线路中相、边相和直流线路典型作业工况下,等电位人员进入等电位的所有可能路径上体表电场值的分布规律;基于体表最大电场的分布规律确定了进入等电位的最优路径。结果表明:在交直流同塔双回线路中交流回路塔窗内中相和边相导线处的体表电场最大值分别为1 875 kV/m和1 032 kV/m,在直流极导线处体表电场最大值为1 110 kV/m;人员垂直进入等电位时整个过程的平均体表电场最大。对于交直流同塔混压双回线路,进入路径的角度对人体体表电场具有重要影响,进入交流酒杯塔的中相和边相等电位时的最优角度分别为45°和50°,而进入直流极导线路径的角度则为30°最佳。     

特高压直流线路与交流线路同走廊时混合电磁环境的计算

总结了工频电场、合成电场、工频磁场、直流磁场、可听噪声和无线电干扰的标准,提出了交直流同走廊架设时混合电磁环境的合成和评价方法。以上海地区±800kV直流线路与不同电压等级多回交流线路同走廊为例,对混合电磁环境进行了分析计算,包括混合电场、混合磁场、可听噪声和无线电干扰。提出了±800kV直流线路及500kV、220kV交流线路间平行接近距离,给出了各条线路导线对地最小高度,确定了集中规划走廊内建筑物及民房的最小拆迁范围。     

多种敷设方式下10 kV交流XLPE电缆改为三极式直流运行的热电耦合仿真分析

仿真计算多种敷设方式下的10 kV交流电缆改为三极式直流运行时的温度分布、流场分布和电场分布,结果表明：当电缆改为三极式直流运行后,沟槽敷设时的最大直流电流和最大直流输送功率最大,而排管敷设时的最大直流电流和最大直流输送功率最小;排管敷设时的短路倍数最大,而沟槽敷设时的短路倍数最小。10 kV交流电缆在多种敷设方式下的直流电压等级均可取20 kV。该研究结果可为相关工程提供理论依据。     

多种敷设方式下集群电缆的直流载流量仿真研究北大核心CSCD

为了研究集群电缆敷设方式、回路间距、回路数以及排列方式对交流集群电缆直流载流量的影响,以10 kV交流配电网中广泛使用的三芯交联聚乙烯(XLPE)电缆为例,通过有限元仿真软件建立集群电缆的温度场和流场耦合仿真模型,得到了直埋敷设、排管敷设和沟槽敷设下集群电缆以双极式直流拓扑结构运行时的直流载流量、温度分布和流场分布。结果表明:随着回路间距和回路数的增大,集群电缆载流量的变化速率逐渐减小。直埋敷设下集群电缆之间的热场相互作用最大,而沟槽敷设下集群电缆之间的热场相互作用最小。增大集群电缆水平间距来提高直流载流量的效果要优于增大垂直间距。随着集群电缆距沟槽壁的水平距离增大,直流载流量呈现缓慢的下降趋势。研究结果可为多回路10 kV交流XLPE电缆的直流改造工程提供理论依据。     

特高压交直流线路带电作业人员的体表场强

在对特高压交直流线路带电作业人员在各典型作业位置的体表场强进行了测量的基础上,分析了特高压交直流输电线路带电作业人员的体表场强特征,归纳了体表场强的变化情况,发现特高压直流线路带电作业人员的体表场强值明显小于特高压交流线路,并对其原因及机理进行了分析。同时对研制的特高压交直流带电作业用屏蔽服防护特性进行了试验研究,结果表明在特高压交流线路等电位作业时,屏蔽服内交流场强为2～10 kV/m;在特高压直流线路等电位作业时,屏蔽服内的直流合成场强为0.7～2.3 kV/m,均符合国家标准"15 kV/m"的规定,满足带电作业的安全防护要求。最后根据带电作业人员体表场强及安全防护用具的研究结果,制定了安全防护措施。     

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%。     

±800 kV直流和1 000 kV交流线路同走廊时的最小接近距离研究

±800kV直流线路在一些地区将与1000kV交流线路同走廊架设,合理确定交直流线路之间的接近距离,对控制混合电场和充分利用走廊资源非常重要。忽略交直流电场之间的相互作用,研究了±800kV直流线路与1000kV交流线路同走廊架设时的电场分布规律;在特高压交直流线路电场限值的基础上,采用加权方法控制混合电场,确定了特高压交直流线路同走廊时允许的最小接近距离。结果表明,当±800kV线路和直流1000kV交流线路均分别采用经过非居民区和居民区所要求的导线最小对地高度时,考虑电场的影响,特高压交直流线路的最小接近距离分别为85￣100m和95￣115m。如果走廊宽度受到限制,可适当增加交直流线路的对地高度来缩小接近距离。     

交流线路与+800 kV直流线路同走廊时的地面混合电场研究

交流线路与±800 kV直流线路共用走廊的情况将在我困出现,因此需要研究该种线路地面混合电场的计算方法,以满足工程设计和环境保护需要.在分析同走廊架设的交流线路与±800 kV直流线路相互影响的基础上,提出了一种计算该类线路地面混合电场的方法.通过对比使用该方法得到的计算结果与不考虑两种线路相互影响时的计算结果,得到如下结论:相对于忽略交直流线路的相互影响,当考虑其相互影响时,在同走廊交直流线路中心附近,地面混合电场的瞬时最大值横向分布有波动;两种计算方法得到的地面混合电场有效值分布曲线基本重合;在一个交流周期内,同走廊线路地面混合电场的最大值与单独±800 kV直流线路地面合成电场的最大值差别很小.     

交流线路与±800kV直流线路同走廊时的地面混合电场研究(英文)

交流线路与±800kV直流线路共用走廊的情况将在我国出现,因此需要研究该种线路地面混合电场的计算方法,以满足工程设计和环境保护需要。在分析同走廊架设的交流线路与±800kV直流线路相互影响的基础上,提出了一种计算该类线路地面混合电场的方法。通过对比使用该方法得到的计算结果与不考虑两种线路相互影响时的计算结果,得到如下结论:相对于忽略交直流线路的相互影响,当考虑其相互影响时,在同走廊交直流线路中心附近,地面混合电场的瞬时最大值横向分布有波动;两种计算方法得到的地面混合电场有效值分布曲线基本重合;在一个交流周期内,同走廊线路地面混合电场的最大值与单独±800kV直流线路地面合成电场的最大值差别很小。     

交流XLPE电缆改为双极式直流运行的电压等级设计

对交流交联聚乙烯(XLPE)电缆配电线路进行直流改造后,确定合理的直流运行电压等级对改造后电缆的安全稳定运行及系统供电能力的提高具有重要意义。针对改为双极式直流运行的10kV和35kV交流配网中的典型XLPE电缆,通过有限元分析软件ANSYS对其在直流稳态工作电压及暂态冲击电压下的电场强度最大值及分布情况进行仿真分析。仿真结果表明,为避免空间电荷效应引起绝缘击穿,10kV和35kV交流XLPE电缆改为双极式直流运行后的电压等级分别取±10kV和±20kV为宜,可为相关工程提供一定参考。     

厦门±320kV柔性直流电缆输电工程电缆选型和敷设

厦门±320 k V柔性直流输电工程是目前世界上电压等级最高的柔性直流输电工程,该工程面临诸多难题。为此,探讨了该工程交联电缆及附件的选型原则、电缆运行温度、单段电缆长度、载流量截面、电缆敷设方式及交直流电缆共沟敷设等参数,为该工程构建中的技术难点提供了合理的解决方案。结果表明:当该工程中直流电缆运行温度取70℃时,电缆具有较好的绝缘性能;当电缆导体的截面积取1 800 mm2时,载流量为1 617 A,满足工程要求;当单段电缆长度取962 m时,可减少电缆接头、降低工程造价;电缆附件应选择现场注塑式;暂态和稳态情况下,采用交直流电缆共沟敷设可以满足安全稳定要求。     

外部振动对500kV交联聚乙烯电缆敷设条件的影响

高压交联聚乙烯(XLPE)电缆长期在振动环境中运行时将导致绝缘结构疲劳损坏,为了分析交联聚乙烯电缆固有频率与外部振动耦合条件下的位移与内部应力分布,在简支梁固有频率计算及振动模态分析的基础上,仿真获得了不同敷设条件下外部频率对电缆内部应力、位移分布的影响。仿真结果表明:铁路桥梁敷设电缆时,敷设距离的制约使得电缆固有频率处内部应力、位移最大值都急剧增大;隧道敷设电缆时,其内部应力、位移分布呈周期性波动;在共振与非共振频率下,内部应力、位移的大小相差很大;经仿真计算得出,隧道内500 kV交联聚乙烯电缆的敷设间距应小于3.42 m,以防止电缆共振。根据电缆模态分析,提出交联聚乙烯电缆在强振动区域敷设时应适当减小电缆夹具间距,避免外部频率与电缆固有频率耦合产生共振而导致电缆损坏,这对制定强振动区域内电缆敷设方式及运维策略具有指导意义。     

10kV交流XLPE电缆在不同直流拓扑结构和敷设方式下的直流载流量仿真研究

为了研究电缆敷设方式、直流拓扑结构以及环境因素对交流电缆直流载流量的影响,以10 kV交流配电网中广泛使用的三芯交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆为例,通过有限元仿真软件建立电缆温度场和流场耦合仿真模型,得到了直埋敷设、排管敷设和沟槽敷设下电缆分别以双极式、单极式、三线双极式(three-wire bipole structure based HVDC,TWBS-HVDC)3种直流拓扑结构运行时的直流载流量、温度分布和流场分布.结果 表明:在相同敷设方式下,电缆以TWBS-HVDC运行时的载流量最大,而以单极式运行时的载流量最小;电缆以单极式运行时的总电流容量最大,而以双极式运行时的总电流容量最小.与直埋敷设和排管敷设相比,沟槽敷设下敷设深度、深层土壤温度和土壤导热系数对电缆载流量的影响较小,而空气温度和空气对流换热系数对电缆载流量的影响较大.随着敷设深度的变化,其余环境因素对电缆载流量的影响程度也随之变化.研究结果可为10 kV交流XLPE电缆的直流改造工程提供理论依据.     

高压交流电缆线路对邻近金属管道的磁感应影响评估

利用二维有限元磁场分析方法,计算了邻近高压交流电缆线路敷设的金属管道上的磁感应纵电压,讨论并比较了感应电压的不同影响因素。研究发现,电缆隧道壁的钢筋结构可以有效屏蔽电缆线路对金属管道的磁感应影响,管道相对电缆线路的距离和管道材料的磁性是影响感应电压的关键因素,同时,管道尺寸对感应电压也有一定影响。磁感应电压和管道材料的电阻率无关。另外,在电缆线路和金属管道之间采取恰当的屏蔽措施可以有效降低工频磁场对管道的磁感应影响。     

交直流电缆混合敷设的基频电磁感应特性计算与分析

为制定针对性的感应电压/电流抑制措施,开展了交直流电缆混合敷设情况下直流电缆基频感应电压和电流的理论计算和特性分析。基于模块化多电平换流器(modular-multilevel-converter, MMC)结构和工作原理,得出了换流器基频阻抗计算方法。结合交直流电缆混敷时基频感应电压的计算,给出了基频感应电流的理论计算式。分析了各种电缆敷设方式下电缆间耦合距离、直流电缆金属护套接地方式以及直流电缆交叉换位等对电磁感应特性的影响规律,采用对称分量法计算了交流系统多种暂态过程中的基频感应电压。建立了MMC交直流电缆混合敷设的PSCAD/EMTDC仿真模型,稳态和暂态下基频感应特性误差分别不超过7%和9.6%,验证了所提出基频感应特性理论计算的有效性和电磁感应特性影响分析的正确性。仿真结果还表明,减小金属护套接地电阻和提高护套材料磁导率可有效增强其对电磁感应的屏蔽效果,直流电缆交叉换位敷设时可降低交流电缆的电磁感应。     

直流电缆上交流分量的计算及其屏蔽

交直流电缆并行敷设时,交流电缆会在直流电缆上产生感应电动势,进而产生工频电流分量.为此,针对上海柔性直流输电工程中可能的几种敷设方式下,对交流电缆在直流电缆上的感应电动势进行了计算,并且实测了不同接地方式下直流电缆金属屏蔽层对交流分量的屏蔽系数.计算结果表明,不同的敷设方式下交流电缆在直流电缆上产生的纵向感应电动势不同,三相交流电缆对直流电缆电磁耦合距离的不同是产生纵向感应电动势的根本原因;计算结果还发现在三相交流电缆与直流电缆耦合距离越远,所产生的纵向感应电动势越小;在4种敷设方式下,耦合距离超过2m后纵向感应电动势趋近于0.最后,还给出了实际工程中考虑屏蔽效应的直流电缆上感应电动势的计算方法,并且提出了屏蔽直流电缆上交流分量的方法.     

基于有限元法的交流XLPE电缆改为直流运行的温度场仿真分析

对交流交联聚乙烯(XLPE)电缆配电线路进行直流改造后,确定合理的载流量对电缆的安全稳定运行及配网供电能力的提高具有重要意义。针对10kV和35kV交流配网中的典型三芯XLPE电缆,通过有限元分析软件ANSYS建立电缆温度场仿真模型,对电缆在双极式直流运行方式下的温度场分布进行仿真分析。仿真结果显示,当电缆的长期运行温度为70℃时,所选典型10kV和35kV交流XLPE电缆改为双极式直流运行后的载流量分别取440A和300A为宜,可为相关工程提供一定参考。