高压电力电缆温度场和载流量评估研究动态.docx

          高压电力电缆温度场和载流量评估研究动态                    摘要：电力电缆传输电流时，电缆导体温度是限制其载流量的关键因素载流量过高，易导致电缆导体温度超过允许工作温度，从而使得电缆绝缘层寿命大大降低；载流量过低，导体材料又不能得到充分利用为了使电缆能够安全、高效、经济地输送电流，准确确定其载流量，具有很大的意义本文主要是对高压电力电缆温度场和载流量评估研究动态进行了全面的分析，并且在这个基础上提出了下文中的一些内容关键词：高压电力；电缆；温度场；流量评估；分析引言随着电缆在输配电领域的广泛应用，特别是地下敷设电缆的推广及其不易维护的特点，精确确定电缆的载流量，对于提高电缆线路的经济性，保证其在整个寿命期间的可靠工作具有重要的意义建立在Kennely假设基础上的IEC-60287和N-M理论针对目前越来越复杂的敷设条件，例如地表非等温线、周围土壤非均匀介质、密集敷设等，呈现出很大的局限性数值计算的方法是在给定电缆敷设、排列条件和负荷条件下，完全模拟实际边界条件，对整个温度场域进行分析，大地表面和电缆表面的温度都是待求量因此，数值方法的计算结果更加接近实际情况，据此确定的电缆载流量比IEC-60287和N-M理论更加准确。

1.热路解析模型1.1额定载流量计算方法地下电缆温度场和载流量的计算是由A.E.Kennely于1893年提出J.H.Neher和M.H.Mcgrath在20世纪50—60年代对这个理论进行了发展和完善目前，国际上通用的计算电力电缆载流量的方法主要是依据IEC-60287（稳态额定载流量）、IEC-60853（暂态载流量）和N-M理论，这些方法都是建立在Kennely假设（地面是等温面、电缆表面是等温面、叠加原理适用）的基础上将三维电缆敷设的模型简化为一维热路模型，给出温度场和载流量计算式1.2壤水分迁移的影响通过分析看出外部热阻RT4的计算是利用热路模型计算电力电缆缆芯温度和载流量的关键参数外部热阻RT4跟电力电缆的敷设方式有关，不同的敷设方式，外部热阻RT4的计算式也不同对于地下敷设电力电缆，影响外部热阻的一个重要因素是土壤的导热系数土壤的导热系数与土壤的含水率有关系，而土壤的含水率受热后会向远离热源的方向迁移利用导热仪装置进行了土壤水分在一定温差下的变化规律的研究导热仪由热炉和冷却循环水构成温差，中间夹试验土壤可以看出靠近热源的土壤含水率和远离土壤的含水率相差3倍以上可以看出，土壤的导热系数受土壤含水率的影响很大。

2.槽盒敷设电缆工况分析目前，采用槽盒敷设电缆已应用于多种工程为了防止槽盒内部的火灾等，槽盒一般都具有较好的密封性，这就导致槽盒内部通风较差，电缆在工作中产生的热量不能及时散出，使得槽盒内部的热量不断积累，同时电缆自身的温度也会较高2.1仿真电缆规格采用COMSOL软件对220kV800mm2单芯交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套电力电缆进行热场仿真2.2电缆布置形式电缆的布置形式分为以下四种：一是三相电缆品字形布置，外部安装防火槽盒，槽盒外为自然对流空气；二是三相电缆水平间隔布置，外部安装防火槽盒，槽盒外为自然对流空气；三是三相电缆品字形接触布置，外部不安装防火槽盒；四是三相电缆水平间隔布置，外部不安装防火槽盒3.实时动态载流量目前，电力电缆一个重要研究方向是对电缆温度的监测和实时动态载流量评估实时动态载流量的准确确定对于电力部门在保证电缆安全性的前提下尽可能地提高电缆的输电能力，从而降低电力线路的成本，提高电力公司的竞争力具有重要的意义电力电缆温度监测有多种途径：利用光纤测温（即近年来敷设的电缆在金属套内壁嵌入测温光纤）、电缆表皮的热电偶（即分布式测温系统）、利用红外成像技术监测电缆的温度等。

利用这些手段监测到的温度，从金属套或电缆表皮的温度，以及由负荷电流计算而得的损耗，可以逆推出电缆缆芯的温度这种方法的目的是减小土壤热阻、热容、环境温度的不确定对电缆温度场和载流量评估的影响，从而实现缆芯温度的准确评估和线路的动态增容利用上述方法可以得到缆芯导体的温度，即绝缘层的最高温度，但其准确性受到温度监测点的影响，特别是对于电缆表皮的温度监测而对于已经敷设并运行几十年的电缆线路只能采用表面温度监测的方法以800mm2YJLW02XPLE单回路“一字”形排列电力电缆为例，电缆导体通以500A的三相电流，三相导体损耗为5.6919W、5.6989W、5.6929W，三相电缆屏蔽层损耗为9.601W、10.0839W、13.5855W，绝缘层介质损耗为0.69W由电缆1中的4个测温点利用热路模型由表皮温度推算的缆芯温度分别为：84.54℃，86.36℃，86.33℃，88.66℃，最高误差为5.01℃电缆2中的4个测温点计算线芯温度最高误差为4.45℃电缆3中的4个测温点计算线芯温度最高误差为4.42℃即使采用4点平均温度利用热路模型由表皮温度推算缆芯温度最高误差也达到了3.08℃因此，利用电缆表皮温度推算缆芯温度与表皮温度的监测点位置密切相关，否则将造成较大的误差。

而表皮温度的监测点很难选准，往往是一个比较随机的点因此，利用多点监测的方法虽然在一定程度上可以减小误差，但对于某些排列方式来说，误差仍然很大，这就造成了缆芯推算的不确定性增大，从而实时动态载流量分析的不确定性增大基于此，考虑采用数值分析的方法与测温相结合的方法来确定电缆的缆芯温度，最终给出实时动态载流量的分析方法电缆的温度场受电力电缆的负荷、电力电缆结构参数、敷设条件、排列方式、接地方式、环境参数等的影响当电力电缆线路敷设完毕后，结构参数、敷设条件、排列方式、接地方式已经确定，电力电缆温度场的分布只决定于电力电缆的负荷和环境参数，环境参数包括地表空气温度、风力、太阳辐射、土壤导热系数等其中地表空气温度、风力、太阳辐射虽然随季节和天气变化，可以利用监测系统实时监测而土壤受天气状况、电缆发热等的影响，存在水分迁移现象，即土壤的热阻系数是个变化的量，而且场域内不同点的土壤热阻系数也很可能是不同的总结通过上述的内容分析研究之后可以得出，首先土壤水分迁移的问题可以采用电缆附近干燥带和远离电缆导热系数恒定的方法、分层土壤的方法、等效导热系数的方法、数值分析的方法来减小其对温度场和载流量计算不确定性的影响。

其次内含封闭空气层的问题可以利用数值分析的方法，通过耦合求解温度场、电磁场和流场，来减小其对温度场和载流量计算不确定性的影响参考文献[1]王巧玲,齐林,梁永春.高压电力电缆温度场和载流量数值计算软件的研究[J].河北科技大学学报,2011,12（24）120-124.[2]胡明丽.基于多物理场耦合模型的高压电力电缆温度场与载流量计算[D].华南理工大学,2015.12（24）147-151.[3]郑雁翎,许志亮,张冠军,张延辉,杨凤民,宋伟.采用MATLAB仿真的变电站高压进线温度场和载流量数值计算[J].高电压技术,2012,12（24）132-133.[4]陈西平,张龙,刘斌,孙振权,李洪杰.基于地下电缆表面温度的土壤热参数评估及载流量预测[J].中国电力,2014,12（24）105-108.[5]郑雁翎,许志亮,张冠军,张延辉,杨凤民,宋伟.采用MATLAB仿真的变电站高压进线温度场和载流量数值计算[J].高电压技术,2012,12（24）189-192.  -全文完-。