目的当整条电缆线路被敷设时,由于环境的变化引起部分电缆段热阻高于周围环境介质的区域,导致处于此区电缆段导体温度也高于线路中剩余缆段,从而影响整条电缆的载流量下降。方法根据电缆周围环境介质热特性不同,分析穿过不利散热区时的电缆同时产生径向和轴向热流,利用调和平均法对电缆薄层处理,从而建立和简化不利散热区的三维离散热路模型,修正外热阻计算参数;基于IEC60287电缆载流量计算的基础上,迭代计算三维热场中电缆的稳态载流量。结果通过对单回路三根型号YJV8.7/10k V 1×300电缆的仿真计算,得到电缆轴向导体温度分布曲线和两个温度区域的排管敷设交联聚乙烯电缆的载流量。结果显示电缆稳态时载流量降低达40%以上。结论穿过不利散热区的电缆轴向温度和载流量的计算分析,为电力部门相关工作人员确定电缆载流量提供了参考数据。
随着城市用电负荷密度日益增大,城市配网电力输送需求高速增长但输电通道资源愈发紧张的现状,集群化敷设方式在配网电缆线路中的使用越发广泛。配网电缆线路主要分为排管集群敷设电缆和电缆沟集群敷设电缆,对其进行准确热评估是提高配网输电线路可靠性和利用率的关键。同时,在负荷密度较高区域的集群化敷设电缆易出现过载运行现象,电缆线路长期过热运行最终可能会引发火灾、爆炸等电力事故。因此,针对配网电缆线路热的负荷能力提升措施研究亟待关注。
针对现有解析计算模型在计算配网集群敷设电缆温度场精度不足以及配网电缆线路热的负荷能力提升的问题,本文展开配网排管集群敷设电缆及电缆沟敷设电缆的热评估计算和负荷能力提升措施研究,具体研究内容如下:
1)研究了单根排管敷设电缆的散热特性,并提出了管道内无填充介质及有填充介质情况下单根排管敷设电缆导体温度的计算方法。随后,针对IEC方法在计算排管集群敷设电缆温度场时计算精度不足的问题,提出了考虑电缆间互热影响的排管集群敷设电缆热评估优化模型,实现对不同负荷电流下排管敷设集群电缆的导体温度计算。最后,通过搭建10k V 3×120mm2的排管敷设电缆大电流温升实验平台验证了本文所提出的排管集群敷设电缆热评估优化模型的准确性。
2)针对传统IEC模型在计算配网电缆沟内相互接触排列电缆导体温度时精度不足的问题,基于配网电缆沟内电缆的对流散热特性和辐射散热特性提出了电缆沟内相互接触排列电缆的热评估优化模型,并通过有限元仿真模型分析了IEC方法在计算电缆沟内相互接触排列电缆导体温度时的误差。随后,通过搭建20k V 3×35mm2的电缆沟敷设电缆大电流温升实验平台验证了本文所提出的电缆沟敷设电缆热评估优化模型的准确性。
3)搭建了基于实验条件的排管敷设电缆和电缆沟敷设电缆的电磁-热-流多物理场耦合仿真模型。随后,基于排管敷设电缆的有限元仿真模型,研究了不同导热系数的管内填充材料、不同管道材质和不同导热系数的水泥预制件与排管敷设电缆载流量的关系。最后,基于电缆沟敷设电缆的有限元仿真模型,研究了不同导热系数的沟内填充材料和不同排列方式与电缆沟敷设电缆载流量的关系。
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