【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力工程，具体涉及一种高压陆缆低频载流量计算方法。
技术介绍
1、目前，我国特大、超大型城市高电荷密度快速增长，并伴随我国能源转型中城市周边大规模新能源就地并网的建设，大容量远距离高压陆缆的运用越来越广泛，其输电的载流量需求迫切。
2、由于低频输电的新颖性，目前仅有少量研究针对三芯海缆的低频损耗特性，然而，海底电缆受特殊环境限制，一般均采用两端直接接地方式的三芯电缆，其“发热-散热”结构相对单一固定。与之不同，高压陆缆结构多样，在使用单芯电缆的基础之上，可有多种排列方式，如常用的品字形、平行排列；同时出于提升载流量方面考虑，接地形式又分为两端直接接地、单端接地、交叉互联接地三种。上述具体电缆结构结合不同输电频率将表现出不同的热特性，同时计及接地方式影响的高压陆缆低频载流特征相关研究还尚未见报道。
3、输电频率的降低使得电缆导体中的电流分布发生巨大变化，使得传统的iec热路载流量计算方式难以准确表示低频载流量，因此，有必要专利技术一种能具体分析低频下电缆导体中电流分布、损耗，以及载流量计算的方法，以为准确计算低频载流量提供指导。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种高压陆缆低频载流量计算方法。
2、本专利技术是通过如下技术方案来实施：
3、一种高压陆缆低频载流量计算方法，包括以下步骤：
4、步骤1：建立高压陆缆有限元多物理场耦合模型，对高压陆缆有限元多物理场耦合模型进行网格剖分；
5、步骤2：对已建立的高压陆缆有限元多物理场耦合模型进行三种接地方式的设置；
6、步骤3：进一步给定高压陆缆有限元多物理场耦合模型的初始输电频率、初始温度，并施加温度边界条件；
7、步骤4：对高压陆缆有限元多物理场耦合模型缆芯通电流，计算电场强度磁场强度
8、步骤5：根据电场强度和磁场强度计算缆芯电流分布金属护套电流分布
9、步骤6：根据缆芯电流分布和金属护套电流分布计算缆芯发热损耗金属护套发热损耗并对电导率σ(t)修正计算，计算热传导方程；
10、步骤7：根据热传导方程，计算温度t，改变高压陆缆有限元多物理场耦合模型缆芯电流，重复4～6的步骤，直到温度t＝90℃不再变化，此时缆芯电流即为陆缆载流量；
11、步骤8：改变输电频率f，重复4～7的步骤，计算出不同输电频率下的陆缆载流量。
12、其中步骤2中所述的陆缆三种接地方式设置：双端接地g1见图3(a)，单端接地g2见图3(b),交叉互联接地g3见图3(c)。
13、步骤3中所述的高压陆缆有限元多物理场耦合模型的初始输电频率为50hz，初始温度为环境温度，温度边界条件设置如下：
14、第一类边界条件满足：
15、
16、第二类边界条件满足：
17、
18、第三类边界条件满足：
19、
20、式中：t为点(x,y)处的温度(k)；λ为导热系数(w/m·k)；q2为热流密度(w/m2)；α为对流换热系数(w/(m2·k))；tf为环境温度(k)；γ为积分边界；
21、第一类边界条件为已知温度边界，即模型下边界，见图2；第二类边界条件为已知边界的法相热流密度，即模型左、右边界，见图2；第三类边界条件为已知对流换热系数和温度的对流边界条件，即模型上边界，见图2。
22、步骤4中所述的电缆不同接地方式下的低频电磁耦合满足麦克斯韦方程组，则低频下不同接地方式的麦克斯韦方程组为：
23、
24、式中：f为输电频率(hz)；为哈密尔顿算子；为电通密度(c/m2)；ρ为电缆自由电荷体密度(c/m3)；为电场强度矢量(v/m)；为磁通密度(t)；为磁场强度(a/m)；为传导的低频电流密度(a/m2)；下标gx代表不同的接地方式，g1为双端接地，为g2单端接地、为g3交叉互联接地；
25、由衔接构成方程进一步推导化解电磁控制方程得：
26、
27、式中：σ为电导率(s/m)；ε为介电常数(f/m)；μ为磁导率(h/m)。
28、在步骤5中，根据步骤4电磁控制方程，引入电缆任意位置的磁矢量有则的频域微分方程为：
29、
30、电缆各层结构边界上的磁矢量满足连续性方程：
31、
32、式中：下标i、j分别表示相邻的两层结构，表示法向上的分量；
33、依据库伦规范对电缆结构进行磁矢量分析，可得电缆各层结构的磁矢量方程为：
34、
35、式中，分别某接地方式下缆芯、金属护套的电流密度(a/m2)；分别为某接地方式下主绝缘、外护套处的磁矢量；μ0为真空磁导率(h/m)。
36、在步骤6中：
37、1)缆芯发热损耗金属护套发热损耗
38、根据步骤5中得到的三种接地方式下的缆芯电流分布金属护套电流分布可计算缆芯发热损耗金属护套发热损耗
39、
40、式中：分别为某接地方式下缆芯、金属护套的损耗；σ(t)为电导率(s/m)；ss为积分边界；f为输电频率(hz)；下标gx代表不同的接地方式，g1为双端接地，为g2单端接地、为g3交叉互联接地；
41、2)电导率σ(t)修正计算；
42、电导率随温度变化曲线如图4所示，随着温度的升高电导率逐渐降低，为提高计算精度，需要对电导率进行修正计算：
43、
44、式中：σ20为20℃时铜的电导率(s/m)；α为电阻率温度系数(1/℃)；t为缆芯的实际温度(℃)；
45、3)热传导方程计算；
46、随着电缆热动态平衡过程中，温度t根据热传导方程温度分布进行不断修正：
47、
48、式中：k为导热系数[w/(m·k)]；ρm为电缆材料密度(kg/m3)；cp为恒压比热容[j/(kg·k)]；q为热源(w/m3)，即：缆芯热损耗或护套的热损耗
49、与现有技术相比本专利技术的技术效果如下：
50、1)本专利技术对输电频率与接地方式耦合作用于电缆热平衡的原理进行了深入理论解析，并基于电磁-热耦合有限元分析，准确计算出三种接地方式在不同输电频率下的载流量。
51、2)本专利技术准确计算出高压陆缆在不同输电频率和接地方式下的低频电流分布规律，准确表达出输电频率变化对陆缆集肤效应和临近效应的影响，得到不同低频输电频率下更为精准的缆芯、金属护套损耗。
52、3)本专利技术考虑了实际敷设情况，对比不同排列方式、电缆截面在低频输电下的载流特性，为工程实际运用提供了指导。
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1.一种高压陆缆低频载流量计算方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种高压陆缆低频载流量计算方法，其特征在于：步骤2中所述的三种接地方式为：双端接地G1、单端接地G2、交叉互联接地G3。
3.根据权利要求1所述一种高压陆缆低频载流量计算方法，其特征在于：步骤3中所述的高压陆缆有限元多物理场耦合模型的初始输电频率为50Hz，初始温度为环境温度，温度边界条件设置如下：
4.根据权利要求1所述一种高压陆缆低频载流量计算方法，其特征在于：步骤4中所述的电场强度磁场强度通过如下公式计算获得：
5.根据权利要求1所述一种高压陆缆低频载流量计算方法，其特征在于：步骤5中所述的缆芯电流分布金属护套电流分布通过如下公式计算获得：
6.根据权利要求1所述一种高压陆缆低频载流量计算方法，其特征在于：步骤6中所述的缆芯发热损耗金属护套发热损耗电导率σ(T)修正、热传导方程通过如下公式计算获得：
【技术特征摘要】
1.一种高压陆缆低频载流量计算方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种高压陆缆低频载流量计算方法，其特征在于：步骤2中所述的三种接地方式为：双端接地g1、单端接地g2、交叉互联接地g3。
3.根据权利要求1所述一种高压陆缆低频载流量计算方法，其特征在于：步骤3中所述的高压陆缆有限元多物理场耦合模型的初始输电频率为50hz，初始温度为环境温度，温度边界条件设置如下：
4.根据...
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