单芯高压电缆导体温度实时计算的理论分析和实验研究

论文摘要

近年来,随着我国国民经济的快速增长,用电需求量呈急剧增加趋势。但是由于线路走廊资源的日益紧张、走廊占地压力的不断加大,一条走廊往往架设十几甚至几十根电缆,新建输电线路显得越来越困难。而电缆绝缘材料的长期允许最高工作温度是电缆持续载流量的决定性因素,导体温度值不能超过绝缘材料的长期耐受温度以保证电缆的寿命。但若一味追求较低的运行导体温度,则会使电缆长期低负荷运行,导致电缆截面得不到有效利用,不能充分发挥电缆的传输能力,造成投资浪费。因此需要我们能够准确实时掌握电缆导体温度,提高导体容量潜能,电缆实际载流量会有所提高。然而目前对电缆载流量的计算都是基于IEC 60287标准,在计算时假设电缆为100%负荷且处在最恶劣的环境条件中,因此计算的结果往往存在过大的裕度,算出的载流量非常低,以至于无法接受。但是,这样恶劣的气象条件很少发生,这就造成了在绝大多数情况下,无法真正高效利用输电线路的传输潜力。因此,有必要对目前电缆导体温度计算方法进行总结分析,研究电缆导体温度实时计算方法,实时掌握电缆的运行动态。本文主要介绍本课题的研究背景及意义,国内外研究电缆导体温度计算方法的现状,主要包括IEC60287、IEC60853、热路模型、模拟热荷法、有限元法、边界元法,以及本文的主要研究内容及意义;从机理上,基于热路模型介绍了电缆导体温度实时计算的方法,重点分为稳态下电缆导体温度实时计算的方法和暂态下电缆导体温度实时计算的方法,另外介绍了电缆导体温度实时计算所需一些物性参数的计算过程;建立有限元模型,利用有限元的方法,实时计算了电缆的导体温度,以此还可以验证第二章用于实时导体温度计算的热路模型的准确性,该章具体介绍了利用有限元实时计算电缆导体温度的过程;设计电缆阶跃电流温升实验,验证实时计算电缆导体温度的热路模型和有限元模型的有效性;本课题的研究实现了电缆导体温度的实时计算,可以据此实时掌握电缆的运行状态,为充分利用电缆的容量、提高供电可靠性提供参考和依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题研究背景及研究意义
• 1.2 课题研究国内外研究现状
• 1.3 课题研究主要内容及意义
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 第二章 基于热路模型的单芯高压导体温度实时理论计算
• 2.1 电缆基本结构介绍
• 2.2 热路模型原理
• 2.3 热网络分析及节点方程
• 2.3.1 稳态下电缆导体温度的计算
• 2.3.2 暂态下电缆导体温度的计算
• 2.3.3 导体温度计算
• 2.4 相关参数计算
• 2.4.1 导体交流电阻R 的计算
• 2.4.2 损耗计算
• 2.4.3 热阻计算
• 2.4.4 热容计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于有限元模型的单芯高压导体温度实时理论计算
• 3.1 有限元模型原理
• 3.2 有限元模型暂态温度、稳态温度实时计算
• 3.4 有限元实时计算电缆温度的实现
• 3.4.1 有限元模型
• 3.4.2 加载并求解
• 3.5 本章小结
• 第四章 单芯高压电缆导体温度实时计算的实验研究
• 4.1 实验方案设计
• 4.1.1 实验背景与目的
• 4.1.2 试验整体布置
• 4.1.3 电缆敷设方式
• 4.1.4 测温点的布置
• 4.1.5 电流加载方式
• 4.2 热路模型实时计算电缆导体温度的计算结果
• 4.3 有限元模型实时计算电缆导体温度的计算结果
• 4.3.1 稳态电缆温度的计算
• 4.3.2 应急过负荷电缆导体温度计算
• 4.4 热路模型与有限元模型实时计算电缆导体温度计算结果的误差分析
• 4.5 电缆导体温度实时计算模型的现场验证
• 4.5.1 热电偶放置
• 4.5.2 测温仪使用
• 4.5.3 数据记录与结果
• 4.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件