一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法技术

本发明专利技术公开了一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法。本发明专利技术参照IEC 60853

【技术实现步骤摘要】
一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法


[0001]本专利技术涉及电缆周期性负荷载流能力仿真领域，尤其是一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法。

技术介绍

[0002]目前，一般使用持续负荷载流量作为电力电缆负荷调度的依据，而实际运行中电缆的负荷电流并非固定不变，而是呈现周期性的变化，且在某一个相对长的时间段(比如一个月)内日负荷曲线的形状变化不大。由于电缆的热时间常数较大，电缆导体温度(即绝缘温度)的响应滞后于负荷的变化。在这种情况下，采用持续负荷载流量作为电缆线路的电流峰值，则全天内电缆的最高导体温度将小于XLPE电缆允许的长期工作温度(90℃)，造成输电线路载流能力的浪费。
[0003]若根据周期负荷载流量来控制负荷，既不影响电缆寿命，又可以在不增加线路投资的情况下，大幅提高电缆的输送能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其通过仿真试验可以模拟多种敷设环境、运行工况及试验方案，以得到较好的仿真计算结果，为日周期性负荷下的电缆增容提供依据。
[0005]为此，本专利技术通过以下技术方案来解决上述技术问题：一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其包括：
[0006]步骤1)，选择电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件，确定试验电缆的类型、型号和数量，获取电缆的结构及尺寸参数，得到电缆的二维几何模型，结合电缆实际敷设环境，建立电缆在实际敷设环境中的二维几何模型，即仿真试验模型；/>[0007]步骤2)，参照IEC 60853
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2周期性负荷载流量计算标准，建立电缆负荷仿真周期；
[0008]步骤3)，根据电缆的结构，获取电缆材料的物性参数；
[0009]步骤4)，根据电缆的实际敷设环境，确定试验的环境参数；
[0010]步骤5)，在电缆周期性负荷载流能力的仿真试验中，在电缆导体和电缆表面设置温度探针，进行载流试验；
[0011]步骤6)，获取载流试验过程中电缆导体温度、电缆表面温度和电流大小随时间变化的数据，利用仿真试验模型中设置的温度探针得到载流过程中导体温度和电缆表面温度随时间的变化规律，得到电流随时间的变化规律。
[0012]所述仿真试验计算中，在仿真试验模型中能够选择任意的时间点和电缆不同的观测点位置，并能够得到其随时间的变化过程。
[0013]进一步地，步骤1)中，所述的电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件为Comsol Multiphysics有限元分析软件。
[0014]进一步地，步骤2)中，电缆负荷仿真周期的建立是通过在电缆周期性负荷仿真模
拟有限元软件里设置分段函数或周期函数实现。
[0015]进一步地，步骤3)中，电缆材料的物性参数包括导体的材料属性、半导电层材料属性、绝缘层材料属性、阻水缓冲层材料属性、金属套材料属性和外护套材料属性。
[0016]进一步地，步骤3)中，所述的材料属性包括材料的导热系数、恒压热容、电导率、材料密度、相对介电常数以及相对磁导率六个参数，并且可被修改。
[0017]进一步地，步骤1)中，电缆的结构参数包括电缆结构的尺寸参数，并且其结构参数和材料属性参数可被修改。
[0018]进一步地，基于电磁
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热
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流多物理场耦合模型，将电磁感应定律和传热学定理应用到仿真试验计算方法中，可以真实地再现电缆周期性负荷载流情况，仿真数据具有较高的精确度。
[0019]进一步地，步骤4)中，试验的环境参数包括电缆的排列方法、初始环境温度、对流换热系数和导热系数。
[0020]进一步地，电缆的排列方法包括同一平面平行紧贴敷设、平行等间距敷设以及三角形紧贴敷设。
[0021]进一步地，步骤5)中，载流试验时，根据麦克斯韦方程组，引入矢量磁位A，对于有外加激励源存在的电流区，其磁矢量位的控制方程为：
[0022][0023]对于非电流区域其磁矢量位的控制方程为：
[0024][0025][0026][0027]其中，为矢量微分算子，μ为材料磁导率(H/m)；A为矢量磁位；σ为材料电导率(S/m)；J
s
为外加电流密度(A/m2)；ω为角频率(rad/s)，J为总电流密度(A/m2)；Q
v
为单位体积电磁损耗(J/m3)；
[0028]根据传热学理论，热传导微分方程为：
[0029][0030]其中，λ为介质导热系数(W/(m
·
K))；T
s
为固体介质温度(K)；Q为介质单位体积发热率(J/m3)。
[0031]本专利技术具有的有益效果在于：1.本专利技术充分发挥仿真分析方法的优势，可准确地计算电缆周期性负荷载流能力的仿真试验过程中的导体温度、电缆表面温度和负荷电流大小等随时间变化过程中的数据，进而可评估电缆周期性负荷载流能力及优化高压电缆周期性负荷载流情况下的增容能力；2.本专利技术克服了实际电缆周期性负荷载流试验成本高、难度大、试验周期长、具有一定的风险性等问题，同时能得到较好的计算结果，为日周期性负荷下的电缆增容提供依据；3.本专利技术可以模拟多种电缆运行工况、敷设环境、试验方案，能够灵活地修改仿真试验模型参数及电缆材料参数、电缆间的排列方法等。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，并与
技术介绍
的技术方案进行对比，下面将对本专利技术实施例和
技术介绍
描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的本专利技术实施例附图仅仅是一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1示出了本专利技术一个实施例的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验流程图；
[0034]图2示出了本专利技术利用有限元软件建立的电缆及其在土壤敷设条件下的仿真几何模型图；
[0035]图3示出了本专利技术温度探针得出的电缆导体温度随时间变化的曲线图。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的本专利技术实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]本专利技术为一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，如图1所示，包括：
[0038]步骤1、选择电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件，确定试验电缆的类型、型号和数量，获取电缆的结构参数，确定高压电缆实际敷设运行环境，建立电缆实际敷设运行工况的仿真试验模型；
[0039]基于Comsol Multiphysics有限元分析软件，确定试验电缆类型和型号，以及试验数量，获取电缆的结构及尺寸参数，得到电缆的二维几何模型。结合实际电缆敷设运行环境，建立高压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，包括：步骤1)，选择电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件，确定试验电缆的类型、型号和数量，获取电缆的结构及尺寸参数，得到电缆的二维几何模型，结合电缆实际敷设环境，建立电缆在实际敷设环境中的二维几何模型，即仿真试验模型；步骤2)，参照IEC 60853
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2周期性负荷载流量计算标准，建立电缆负荷仿真周期；步骤3)，根据电缆的结构，获取电缆材料的物性参数；步骤4)，根据电缆的实际敷设环境，确定试验的环境参数；步骤5)，在电缆周期性负荷载流能力的仿真试验中，在电缆导体和电缆表面设置温度探针，进行载流试验；步骤6)，获取载流试验过程中电缆导体温度、电缆表面温度和电流大小随时间变化的数据，利用仿真试验模型中设置的温度探针得到载流过程中导体温度和电缆表面温度随时间的变化规律，得到电流随时间的变化规律。2.根据权利要求1所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤1)中，所述的电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件为Comsol Multiphysics有限元分析软件。3.根据权利要求1所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤2)中，电缆负荷仿真周期的建立是通过在电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件里设置分段函数或周期函数实现。4.根据权利要求1所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤3)中，电缆材料的物性参数包括导体的材料属性、半导电层材料属性、绝缘层材料属性、阻水缓冲层材料属性、金属套材料属性和外护套材料属性。5.根据权利要求4所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤3)中，所述的材料属性包括材料的导热系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅冰笑，周路遥，杨帆，王少华，李晋贤，郑添，刘黎，周象贤，曹俊平，李特，李乃一，王振国，陶瑞祥，温典，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：