电力电缆温升特性研究及载流量计算

电力电缆通常敷设于地下,一旦发生故障,很难及时发现和维修。通过对电力电缆的温升特性研究和载流量计算可以有效减少电缆故障的发生。结合仿真试验、最优化算法以及对试验数据的归纳完成温度场分析和载流量计算。为确保有限元计算的准确性,使用最优化算法对模型进行校正。将校正后的有限元模型输入外界条件和电力电缆导体长期发热最高允许温度,通过迭代计算的方式得到电缆载流量。通过分析仿真试验的数据,总结出了电力电缆载流量与外界环境之间的函数关系,通过该函数关系可以快速估算电力电缆的动态载流量。经过温度场和载流量的计算,得到电力电缆电流的阈值,达到兼顾电缆安全可靠性和充分利用电缆传输能力的目的。

兼顾电缆线路效率和可靠性的载流量动态阈值研究

针对当前配电网电缆为了运行可靠性,多采用较低载流量的固定阈值方法,电缆利用率低的问题,本文提出了一种载流量动态阈值的方法。该方法从理论上研究电缆线路载流量与导体温度的关系,通过实际运行的电缆工程的实测数据量化电缆载流量与导体温度的函数关系,并测定电缆线路的基准阈值,以此实现线路的阈值动态化计算。算法应用于智能电缆测控系统的动态阈值监测功能模块,线路所得实际运行数据验证了本方法的有效性。

多物理场耦合下不同因素对大功率液冷充电电缆温度影响的仿真研究

为解决新能源电动汽车快速补能带来的热效应显著上升和充电电缆线径不可能相应增大的互相矛盾问题,基于电磁温度流体多物理场耦合的有限元仿真模型,提出对充电电缆增加主动降温的空间冷却通道,对比分析在不改变缆芯横截面积和环境温度的前提下冷却介质种类、冷却通道结构、冷却液流速对超快速充电场景下充电电缆缆芯温度及载流量的影响。仿真结果表明:冷却通道管径对充电电缆导体温度与载流量影响最大;液冷较强制风冷的冷却效果更为显著;理想的冷却介质流速为0.1~0.15 m/s。当缆芯截面积为70 mm^(2)、冷却液流速为0.1 m/s、冷却介质为乙二醇水溶液、冷却通道与缆芯横截面积之比为1.25时,充电电缆载流量达到600 A,温度为49.7℃。相关研究为超快速充电场景下大功率冷却型充电电缆的结构优化与设计提供了参考依据。

110 kV平滑铝套电缆缓冲层特性及其电气性能研究

皱纹铝套高压电缆多次发生缓冲层烧蚀导致故障跳闸,而平滑铝套新型结构是解决高压电缆缓冲烧蚀问题的有效途径之一。该文通过缓冲层电阻试验和有限元仿真,分析平滑铝套与皱纹铝套缓冲层特性。通过测试和计算不同铝套结构电缆的电气性能,对比分析皱纹铝套改用平滑铝套后的性能影响。结果表明,平滑铝套电缆在不同敷设环境下的载流量比皱纹铝套电缆至少提升7.7%,同时线路的无功功率损耗呈现一定的降低,环流和感应电压均与皱纹铝套电缆相差不大。

基于ANSYS的双回路“品”字形排列电缆温度场仿真分析

文章利用ANSYS软件对隧道双回路“品”字形排列电缆的竖直敷设方式和水平敷设方式进行温度场仿真分析。分析结果表明,水平敷设方式的双回路“品”字形排列电缆之间耦合作用更小,散热效果更好,有利于提升电缆载流量。

基于DTS技术的煤矿电缆载流量分析研究

从矿用机电设备安全角度出发,对煤矿高压电缆在线监测技术进行了探讨,重点分析了矿用高压电缆载流量监测的重要性,阐述了适用于煤矿高压电缆的热路模型和动态载流量模型,设计了基于DTS的动态载流量监测系统,描述了系统功能和系统组成,为煤矿高压电缆的监测提供了一种创新的方法。通过系统的应用试点,结果表明该系统可有效地展示电缆的运行状况及电缆路径上各位置的老化问题。

低压电缆截面积选择分析

结合电缆截面积的正确选择对于电气设计安全性、可靠性和经济性的影响,从电缆电压降校验、载流量校正、短路校验,以及谐波、机械强度、爆炸危险环境要求等方面多角度、多工况对低压电缆截面积的选择进行分析、总结。

基于改性PP-R材料研制的500 kV聚丙烯绝缘电力电缆

基于对改性PP-R聚丙烯材料的研究,根据电缆运行环境,通过采用以聚丙烯树脂和增韧弹性体为主的超净PP绝缘材料、超光滑半导PP屏蔽料,设计研发了可应用在290/500 kV电力系统中的聚丙烯绝缘电力电缆。该电缆通过平滑铝金属套设计和双焊枪焊接技术,成功解决了传统皱纹铝护套由波谷点接触所引起的质量安全风险。相比相同运行环境中的传统交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套电力电缆,其长期工作温度可提升到105℃;电缆正常运行时的载流量在直埋土壤中可提升18.6%,在空气中可提升20.3%。

不规则排列电缆温度场及载流量计算

电缆在电缆沟中的不规则摆放将改变电缆温度场分布。以交联聚乙烯电缆为例,建立了电缆沟敷设方式下规则与不规则排列电缆的温度场计算模型,得出了电缆温度场分布,采用双点弦截法计算了电缆的载流量。计算结果表明:电缆的不规则排列将会导致其缆芯温度升高、载流量减小,为保障不规则排列电缆的安全运行,应对其温度及载流量在线监测。

考虑空气流场影响的电缆散热研究及其影响因素与经济性分析

根据传热学理论建立了考虑流场影响的电缆温度场计算模型,给定了电缆沟敷设电缆的温度场边界条件,并以电缆沟敷设6回路电缆为例验证了模型的正确性,该模型也可用于通风电缆沟(隧道)敷设电缆的温度场计算。研究了沟深和电缆层间距对电缆允许载流量的影响规律,并结合土建成本对电缆沟敷设方案进行了经济性分析。计算结果表明,在通过改善电缆散热效果来提高电缆载流量方面,电缆层间距优化比电缆沟深度优化能获得更佳效果;适当的电缆沟深度优化具有土建投资成本回收时间短的优点;实际电缆沟敷设方案选取时,应先考虑电缆层间距优化,再考虑电缆层间距和电缆沟深度的综合优化。

地下电缆光纤光栅测温试验

电力电缆线路运行温度在线实时监测,能及时发现线路的局部过热点、检测运行线路的绝缘状态。为此设计了基于光纤光栅的电缆温度在线监测系统,实测了不同敷设方式下电缆的表皮温度;分析了电缆温度与环境温度以及线路负荷间的关系;采用等效热路法,由监测到的电缆表皮温度拟合出电缆的实际载流量,实现了对电缆温度及载流量的在线监测,确保电缆运行的安全性与经济性。

基于耦合场的通风电缆沟敷设电缆载流量计算及其影响因素分析

根据电缆沟通风系统内流体流动与传热的特点,建立电缆沟通风系统三维流体流动与传热耦合计算模型,给出求解域相应的边界条件和假设条件,采用有限元法对流体场和温度场方程进行耦合计算,得到电缆沟内流体速度分布和电缆表面温度分布特性,验证了耦合模型的正确性;并在求得电缆表面最高温度的基础上,利用电缆区域的等值热路法和数值迭代法计算了电缆允许载流量。此外,基于该模型通过实例仿真得出了不同影响因素对通风电缆沟敷设电缆允许载流量的影响规律:电缆载流量随着进风速度的增大而增大;进风温度每升高1 K,电缆允许载流量相应下降约5.6 A;随着电缆隧道通风长度的增加,电缆允许载流量随之下降。

交联电缆额定载流量计算的软件实现

结合工程实践,在IEC-60287标准的基础上,以图形化的方式实现了交联聚乙烯绝缘电力电缆额定载流量的计算。本文从电缆结构选择、敷设方式选择、环境参数输入和计算结果打印等多个方面介绍了软件的设计思路、理论基础和实现方法。最后通过典型布置时的试验验证了软件的有效性。

单线铁路成对非追踪平行运行图最小周期时间的混合整数非线性规划模型

按上下行列车的发站和到站是否为区段的首末站、列车到站后是否有技术作业等情况将单线铁路成对非追踪平行运行图的区间铺画方式分为32种方案。分析采用这32种铺画方案之一铺画区间列车运行线时与相邻区间铺画方案之间可能的衔接关系以及车站间隔时间的限制条件,建立约束条件,构建用于求解单线铁路成对非追踪平行运行图最小周期时间的混合整数非线性规划模型。使用给出的模型和利用Lingo11软件编程对算例进行求解,验证了该模型对求解单线铁路成对非追踪平行运行图最小周期时间有较好的适用性和实用性。

Ta_2O_5与Nb_2O_5对TiO_2基压敏陶瓷电性能的影响

研究了Ta2O5与Nb2O5对TiO2基压敏陶瓷电性能的影响.按照配方TiO2+0.003(按摩尔计)(SrO+Bi2O3+SiO2)+x Ta2O5+yNb2O5配制3种组分的圆片试样,各组分摩尔量分别为:x=0.000 75,y=0;x=0.000 375,y=0.000 375及x=0,y=0.000 75.采用电流-电压、电容测量、阻抗分析和势垒高度测量等实验手段,分析了Ta2O5和Nb2O5的作用机理.结果发现,x=0.000 75的样品显示出最低的压敏电压梯度(E10 mA=7.9 V/mm)和最大的表观介电常数(εra=5.88×104),y=0.000 75的样品显示出最高的压敏电压梯度(E10mA=48.9 V/mm)和最小的表观介电常数(εra=1.39×104).这表明,掺Ta2O5可有效地降低压敏电压,提高介电常数.

高压直流电缆终端载流量确定方法

高压直流电缆终端载流量与其稳态温度分布之间存在密切联系,为了研究载流量的准确计算问题,提出了一种基于迭代方法和ANSYS仿真软件的高压直流电缆终端载流量确定方法,以线芯最高长期允许温度和XLPE绝缘层、硅橡胶绝缘层径向最大允许温差作为限流条件;通过对比分析了未使用迭代方法和使用迭代方法时载流量的决定因素(线芯最高允许温度和XLPE绝缘层最大温差)随线芯载流变化情况,以及终端绝缘限制最大温差和终端最外层绝缘温度变化对其载流量的影响。研究结果表明:采取该方法进行载流量计算是必要且可行的。

工作温度和绝缘温差约束下的高压直流电缆接头载流量计算

中间接头是高压电缆线路运行中故障多发的薄弱环节,电缆系统的载流量会因中间接头的结构特点而受到限制。直流下电缆载流量的约束条件与交流不同,不能直接依据交流电缆中间接头载流量的计算方法。为此,文中以直流电缆中间接头的温度场计算等理论研究为基础,提出以接头导体最高允许工作温度和绝缘层内外表面最大允许温差为两个约束条件,确定高压直流电缆中间接头载流量的方法。通过案例分析,将文中方法与IEC 60287标准计算的载流量进行了对比,并就环境温度对载流量的影响进行了分析。结果表明,中间接头的确是电缆系统载流量计算限制条件之一。两个约束条件下的载流量与环境温度的关系曲线将相交于一点,当环境温度小于该点对应温度值时,接头载流量的决定性约束条件为绝缘层内外表面最大允许温差;当环境温度大于该点对应温度值时,接头载流量的决定性约束条件为接头导体最大允许温度。研究结果可为直流电缆系统运行与载流量设计提供参考。

计及输电容量约束的发电公司最优报价策略

在采用暗标拍卖的电力市场环境中,发电公司可以通过估计竞争对手的报价行为来构造最优的报价策略。在不考虑输电容量约束的情况下,已提出了解决这一问题的计算效率较高的直接优化方法。计及输电容量约束后,该问题要复杂得多,文中对此问题进行了研究,提出了互补直接优化方法,该方法在本质上是用求解线性方程组来替代费时的蒙特卡罗仿真,其计算速度较后者快得多,较好地解决了这一困难的问题。最后,用IEEE 30节点测试系统对所提出的方法进行了计算分析,说明了其可行性和有效性。

基于ANSYS的高压交流电缆接头载流量确定方法

为了实现接头载流量的准确计算,提出了一种基于ANSYS的高压交流电缆接头载流量确定方法.该方法以绝缘长期耐受温度为限制条件,利用接头轴向二维有限元仿真模型计算载流量.仿真结果表明,当对流散热环境和负荷都相同时,相同导体截面的电缆接头导体温度高于电缆本体的导体温度,接头的载流能力低于同导体截面电缆的载流能力.为验证仿真模型精度,设计了接头载流量实验平台,对不同负荷下110 k V电缆接头稳态温度分布进行了实测.仿真与实验结果的对比表明,当接头导体温度超过绝缘长期耐受温度时,应用接头轴向二维有限元仿真模型计算压接管处导体温度的误差不超过1.0%,仿真计算的准确度能够满足工程应用的需求.最后,采用二分法算得110 k V 630 mm^2电缆接头载流量为1220A,比相同导体截面电缆本体在相同环境条件下的载流量减少了17.79%.研究结果表明:采用接头轴向二维有限元仿真模型计算载流量是可行的.

±160kV交联聚乙烯直流海底电缆动态载流特性试验及仿真研究

为了给直流电缆线路运行限值的制定以及运行余量的动态调控提供依据,开展保护套管直埋敷设方式下160 kV直流电缆1 h、1.5 h、4 h下的动态载流试验,获得了直流电缆导体、铅护套以及铠装层温度随着短时过负荷时间的变化规律。同时利用有限元仿真软件Comsol Multiphysics建立了160 kV直流海底电缆的暂态温度场模型,对不同应急负荷情况下的电缆温度进行仿真计算,结合实验数据对仿真模型的可靠性进行验证,并分析直流电缆各部分材料导热系数对仿真结果的影响。