排管敷設(shè)電纜群暫態(tài)溫度場(chǎng)和短時(shí)載流量數(shù)值計(jì)算

采用有限差分法,用坐標(biāo)組合的方法對(duì)土壤區(qū)域,電纜區(qū)域分別進(jìn)行計(jì)算,最終確定了任意敷設(shè)方式下電纜允許的載流量,通過當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的方法,解決了由于預(yù)埋管與電纜的偏心夾層帶來的計(jì)算上的不便,由于土壤的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)電纜的載流量有很大影響,為此特別搭建土壤導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái),用于精確的測(cè)量土壤的導(dǎo)熱系數(shù)。

溝槽敷設(shè)方式下電纜附近的溫度場(chǎng)同時(shí)受到周圍空氣、周圍土壤和地表空氣的影響,對(duì)其溫度場(chǎng)的分析有助于準(zhǔn)確確定溝槽電纜的載流量。該溫度場(chǎng)中的熱傳遞過程是流固耦合的,固體區(qū)域用熱傳導(dǎo)微分方程描述,溝槽內(nèi)空氣采用動(dòng)量方程、能量方程和連續(xù)性方程與熱輻射方程描述,流體和固體間熱傳遞采用迭代法求解。采用三維有限元和渦量-流函數(shù)耦合求解上述熱擴(kuò)散方程,求得整個(gè)場(chǎng)域的溫度場(chǎng)分布圖和溝槽內(nèi)空氣層的流動(dòng)方程,然后利用迭代法計(jì)算溝槽內(nèi)電纜的載流量,直到導(dǎo)體溫度為363k。計(jì)算結(jié)果顯示,溝槽內(nèi)存在較強(qiáng)的空氣自然對(duì)流散熱,溝槽內(nèi)單根400mm2yjv22xlpe電力電纜的載流量為825a,比直埋載流量提高了30%,比排管敷設(shè)載流量提高了51.9%。研究結(jié)果表明利用有限元和渦量-流函數(shù),可以準(zhǔn)確計(jì)算溝槽敷設(shè)電纜群的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布,從而準(zhǔn)確計(jì)算溝槽敷設(shè)電纜的載流量。

地下電力電纜溫度場(chǎng)及載流量的數(shù)值計(jì)算

利用鏡像法和疊加原理,建立了排管敷設(shè)的幾種不同情況下電纜載流量理論計(jì)算的模型,并進(jìn)行計(jì)算;對(duì)部分敷設(shè)情況下的載流量計(jì)算值進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,進(jìn)而說明本文所建立的模型是合適的,理論計(jì)算值與試驗(yàn)值的誤差僅為2%左右,這將為今后電纜排管敷設(shè)情況下的載流量計(jì)算奠定了理論基礎(chǔ)。

文章針對(duì)無錫電力公司東亭變電所的電纜線路,進(jìn)行了一排4孔(1×4)4根10kv三芯交聯(lián)電纜、三排4孔(3×4)12根10kv三芯交聯(lián)電纜、三排4孔(3×4)10kv三芯電纜及三排4孔(3×4)110kv單芯電纜共24根電纜等3種電纜敷設(shè)方式的載流量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí):不同敷設(shè)方式對(duì)電纜的允許載流量影響很大,一排4根電纜敷設(shè)方式的載流量比單根電纜敷設(shè)方式的載流量下降了24%;三排12根10kv電纜敷設(shè)方式的載流量下降了42%;24根電纜敷設(shè)方式的載流量有多元解,按文章中的試驗(yàn)條件,該電纜敷設(shè)方式的載流量下降了44%。文章介紹了試驗(yàn)過程記錄,還對(duì)今后電纜排管敷設(shè)提出了應(yīng)注意的事項(xiàng)。

高壓電力電纜溫度場(chǎng)和載流量數(shù)值計(jì)算軟件的研究

利用vb6.0開發(fā)基于有限元的高壓交聯(lián)聚乙烯電力電纜在直埋、排管、隧道和溝槽等敷設(shè)方式下的溫度場(chǎng)和載流量計(jì)算軟件。該軟件集成了圖形化技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),建立了各種電力電纜參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù),可以動(dòng)態(tài)修改電纜參數(shù),方便地選擇和設(shè)置電纜型號(hào)、敷設(shè)方式、接地方式、排列方式和環(huán)境參數(shù)。測(cè)試表明,該軟件可以滿足大多數(shù)工程需求。

導(dǎo)體溫度是電力電纜載流量幅值變化的最直接特征量,電纜表面溫度和線芯溫度是反應(yīng)電纜運(yùn)行情況的重要參量。在簡(jiǎn)化內(nèi)熱源的基礎(chǔ)上,建立單芯交聯(lián)聚乙烯電力電纜的傳熱模型;通過研究穩(wěn)態(tài)時(shí)電纜溫度場(chǎng)分布,分析溫度參量之間的關(guān)系和影響載流量的因素;基于這個(gè)傳熱模型,優(yōu)化影響因素,對(duì)提高電纜安全運(yùn)行的可靠性和載流量最優(yōu)化配置有重要的指導(dǎo)意義。

介紹了排管敷設(shè)方式的交聯(lián)電纜載流量的理論計(jì)算,包括單根電纜,等負(fù)載等截面多根電纜,負(fù)載不等、線芯截面不同的電纜,部分電纜等截面、等負(fù)載,部分電纜不等負(fù)載、不同截面的4種情況下埋地排管敷設(shè)方式的電纜載流量計(jì)算公式,并與無錫供電公司排管敷設(shè)載流量試驗(yàn)結(jié)果相比較,理論計(jì)算值與試驗(yàn)值誤差不超過7%,符合工程需要。

在人口稠密的大城市,電力通常通過直埋電力電纜集群來傳輸。電纜載流量是電纜設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的一個(gè)重要參數(shù)。iec60287標(biāo)準(zhǔn)給出了單一媒質(zhì)即均勻土壤中電纜群穩(wěn)態(tài)載流量的計(jì)算方法,并給出了有回填土的非單一媒質(zhì)中電纜群的載流量修正計(jì)算方法。為給電纜工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù),采用基于場(chǎng)路結(jié)合的有限差分法,提出了非單一媒質(zhì)中電纜群的載流量數(shù)值計(jì)算方法,深入研究了不均勻土壤中的電纜載流量及其影響因素。計(jì)算結(jié)果表明,iec外部熱阻修正計(jì)算方法的計(jì)算精度與回填土熱阻系數(shù)有關(guān)?；靥钔翢嶙柘禂?shù)較大時(shí),iec計(jì)算載流量顯著偏低。

第42卷第4期：1142-1150高電壓技術(shù)vol.42,no.4:1142-1150 2016年4月30日highvoltageengineeringapril30,2016 doi:10.13336/j.1003-6520.hve.20160405014 高壓電力電纜溫度場(chǎng)和載流量評(píng)估研究動(dòng)態(tài) 梁永春 （河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院，石家莊050018） 摘要：為了提高電力電纜的利用率和安全可靠性，電力電纜溫度場(chǎng)和載流量分析受到了相關(guān)研究人員的廣泛關(guān) 注。通過對(duì)現(xiàn)有研究現(xiàn)狀分析，基于熱路的解析計(jì)算、數(shù)值分析、試驗(yàn)和溫度在線監(jiān)測(cè)等方法已經(jīng)應(yīng)用于電力電 纜溫度場(chǎng)和載流量分析計(jì)算中；考慮土壤中水分遷移、排管等敷設(shè)方式下的內(nèi)含封閉空氣層等情況下的外部熱阻 是目前熱路解析計(jì)算方式的研究重點(diǎn)；耦合求解水分遷移場(chǎng)、內(nèi)部空氣流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和電磁場(chǎng)是數(shù)值分析方法

介紹了模擬南京地區(qū)110kv交聯(lián)聚乙烯(xlpe)電纜排管敷設(shè)情況下的單回路和雙回路兩種情況下載流量試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)線路設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果都進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。提出了雙回路比單回路電纜載流量下降16%~17%,同時(shí)對(duì)今后的電纜敷設(shè)線路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題提出了建議。

附錄a常用電力電纜的最高允許溫度 常用電力電纜的最高允許溫度表a.0.1 電纜類型電壓（kv） 最高允許溫度（℃） 額定負(fù)荷時(shí)短路時(shí) 粘性浸漬紙絕緣 1~380 250665 1060 3550175 不滴流紙絕緣 1~680 250 1065 3562175 交聯(lián)聚乙烯絕緣 ≤1090 250 >1080 聚氯乙烯絕緣70160 自容式充油63~50075160 注：①對(duì)發(fā)電廠、變電所以及大型聯(lián)合企業(yè)等重要回路鋁芯電纜，短路最高允許溫度為200℃。 ②含有膝焊中間接頭的電纜，短路最高允許溫度為160℃。 附錄b10kv及以下常用電力電纜允許持續(xù)載流量（建議性基礎(chǔ)值） b.0.11~3kv常用電力電纜允許持續(xù)載流量見表b.0.1-1~b.0.1-4 1~3kv油紙、聚氯乙烯絕緣電纜空氣中敷設(shè)時(shí)允許載流量表b.0.1-1 電

一、引言隨著電纜在城市電網(wǎng)建設(shè)中的廣泛應(yīng)用,準(zhǔn)確計(jì)算電纜載流量對(duì)提高電纜應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性和保證電纜運(yùn)行的安全性具有重要意義。國(guó)內(nèi)計(jì)算電纜載流量是按照國(guó)際電工委員會(huì)推薦的熱路法。數(shù)值計(jì)算方法編程計(jì)算復(fù)雜,可以處理任何復(fù)雜工況,比iec方法的計(jì)算精度高。常用的電纜溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法包括邊界元法、有限元法和有限差分法。本文對(duì)圓形電纜采用直線階梯擬合曲線的網(wǎng)格劃分方法,整個(gè)電纜影響區(qū)域劃分到直角網(wǎng)格內(nèi),解決了坐標(biāo)組合法計(jì)算復(fù)雜的問題,編程簡(jiǎn)單并且有較高的精度。

目的電力電纜的載流量的確定受幾種因素的影響,其中包括電纜結(jié)構(gòu)、敷設(shè)條件和周圍環(huán)境,電力電纜溫度場(chǎng)和載流量計(jì)算對(duì)于在保證電纜線路運(yùn)行可靠性和使用壽命的條件下,充分發(fā)揮電纜的輸送能力、提高其經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義。方法針對(duì)排管敷設(shè)方式的10kv三芯交聯(lián)聚乙烯(xlpe)電力電纜,以iec60287標(biāo)準(zhǔn)算法為依據(jù),采用熱路解析法對(duì)其在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下的溫度場(chǎng)和載流量進(jìn)行了計(jì)算研究。結(jié)果電纜載流量隨著電纜敷設(shè)根數(shù)的增加而明顯下降,受周圍環(huán)境影響較大。結(jié)論計(jì)算結(jié)果有助于運(yùn)行中電纜載流量的評(píng)估和新敷設(shè)電纜線路的設(shè)計(jì)。

考慮水分遷移混凝土構(gòu)件溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算——在火災(zāi)(高溫)條件下，鋼筋混凝土構(gòu)件中水分的蒸發(fā)遷移會(huì)改變構(gòu)件內(nèi)部的傳熱過程，導(dǎo)致溫升及局部溫度分布發(fā)生變化。為評(píng)估鋼筋混凝土構(gòu)件的溫度場(chǎng)分布和耐火穩(wěn)定性，對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行了改進(jìn)完善，建立了考慮水分蒸發(fā)遷移...

影響高壓?jiǎn)涡倦娎|線路載流量的因素有很多,電纜本體構(gòu)造、電纜敷設(shè)方式、電纜敷設(shè)環(huán)境等,都是影響電纜載流量的因素。文章從工程設(shè)計(jì)和施工的角度,以110kv雙回電纜排管線路為例,按電纜在排管中的排列方式來分析對(duì)電纜載流量的影響,進(jìn)而從工程實(shí)施的實(shí)際情況出發(fā),來選擇合適的電纜排列方式。

當(dāng)多根電纜埋地敷設(shè)時(shí),電纜之間熱的相互影響使每根電纜的載流量不同程度的降低。每根電纜的載流量由iec60287給定公式計(jì)算,其環(huán)境溫度由土壤環(huán)境溫度和其他電纜在該點(diǎn)的溫升迭加所決定。其他電纜在該點(diǎn)的溫升可以采用鏡像法計(jì)算。這樣,每一根電纜額定載流量將由其他電纜決定,用高斯-賽德爾迭代法對(duì)以額定載流量為變量的方程組進(jìn)行求解,計(jì)算了電纜群等負(fù)荷、不等負(fù)荷以及環(huán)境因素對(duì)載流量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,計(jì)算結(jié)果符合工程實(shí)際要求。

根據(jù)iec60287標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算了中低壓電纜在不同集群敷設(shè)方式、環(huán)境溫度及土壤熱阻下恒定負(fù)荷的穩(wěn)態(tài)載流量,分析溫度、土壤熱阻系數(shù)對(duì)復(fù)雜情況敷設(shè)電纜群載流量影響程度的結(jié)果表明:土壤熱阻系數(shù)是埋地集群敷設(shè)電纜載流量的關(guān)鍵影響因素,實(shí)際應(yīng)用中,選擇合適的土壤組分是增加集群敷設(shè)電纜載流量的重要手段。

為了保證地下電纜的可靠運(yùn)行,電力部門的常規(guī)做法是在電纜表面安裝分布式光纖溫度傳感器(dts),對(duì)電纜的熱狀態(tài)進(jìn)行直接監(jiān)測(cè)。由于電纜的載流量取決于導(dǎo)體的持續(xù)運(yùn)行最高溫度,因此基于傳熱學(xué)原理,利用通用有限元軟件對(duì)計(jì)算場(chǎng)域進(jìn)行自動(dòng)劃分,通過提取得到的單元與節(jié)點(diǎn)信息自主編制有限元計(jì)算程序,結(jié)合實(shí)時(shí)變化的負(fù)荷數(shù)據(jù)及dts測(cè)量的電纜表面溫度,分析計(jì)算了單芯電纜的瞬態(tài)溫度場(chǎng)。通過110kv1×630mm2交聯(lián)聚乙烯電纜的試驗(yàn)研究,對(duì)比電纜導(dǎo)體溫度的測(cè)量值和計(jì)算值,結(jié)果表明,自主編制的有限元計(jì)算程序能夠準(zhǔn)確地計(jì)算電纜的瞬態(tài)溫度場(chǎng),為電纜安全高效的運(yùn)行提供了有效的理論依據(jù)。

排管敷設(shè)是電纜安全運(yùn)行管理的重要組成部分,文章對(duì)城市電線電纜敷設(shè)的特點(diǎn)、工井、排管的技術(shù)要求、電線電纜排管優(yōu)缺點(diǎn)及施工前期準(zhǔn)備等方面進(jìn)行了探討,并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工、竣工驗(yàn)收、規(guī)格排管中的額定載流量進(jìn)行了闡述。

在城市電網(wǎng)建設(shè)中,電纜排管敷設(shè)方式具有優(yōu)越性。建立了電纜排管敷設(shè)的載流量計(jì)算模型,計(jì)算得出了不同敷設(shè)方式下電纜的載流量;有針對(duì)性地就新型電纜保護(hù)管材在工程中的應(yīng)用提出設(shè)計(jì)思路;對(duì)排管電纜工井的數(shù)量、長(zhǎng)度、布置等要素分析論證,提出了解決工井排水的措施。文章可為電纜排管工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。