轨道交通线供电系统交联聚乙烯绝缘电缆电流计算探讨

本文重点阐述城市轨道交通线供电系统用27.5kV铜芯交联聚乙烯绝缘电缆,导体及屏蔽本体承受短路电流及电缆载流量两大重要电气参数的计算方法。     

高压架空导线的电流分布计算与载流量分析

为准确计算架空导线径向截面温度分布,需要确定交流场中导线的各层电流分布规律.文中根据钢芯铝绞线的结构特点,以及复合导体磁链之间的耦合规律,推导了架空导线内部各层导体的自感系数和互感系数,并求得流过每层导体的电流相量值,同时与数值计算结果进行对比,所得平均误差仅为3.56%.将计算的导体产热率施加到有限元模型来计算截面温度分布,并通过实验验证了所述方法的准确性.在此基础上分析了径向温度分布对载流量计算的影响,发现导体最高允许运行温度的位置结构不同时,可提高的载流量会有差异,对于线路增容具有借鉴意义.     

脉冲大电流应用电缆的设计

为研究脉冲大电流应用所使用的电缆,优化设计其结构并选择绝缘层材料。首先针对同轴结构电缆,分析了半导电层对电缆绝缘层电场的影响。然后在绝热条件下,计算了不同导体截面积电缆的温度,并通过试验计算了硅橡胶和不同氟橡胶材料热导率随温度的变化规律。在对计算结果进行分析比较的基础上,确定选择内、外导体截面相同且没有半导电层的同轴电缆结构,以及F0-2706型氟橡胶材料作为绝缘层。最后,通过有限元Comsol软件仿真计算了氟橡胶绝缘电缆的温升,针对连续通过脉冲大电流时电缆温升过高的问题,提出了采用水冷方式降低电缆温升的方法。仿真结果表明:通过水冷方式降低电缆温升,冷却效果明显,可以在一定程度内满足工程应用需求。     

基于电磁-热-流耦合场的多回路排管敷设电缆载流量数值计算

多回路电缆以集群方式敷设时,各回路之间的电磁耦合和热耦合都将加强,对电缆导体线芯和金属外护套的交流电阻及涡流损耗的影响均不可忽略。为准确计算四回路电缆在4×4孔排管敷设方式下的载流量,借助于Comsol和MATLAB软件建立电磁-热-流耦合物理场有限元模型,将电磁场、温度场及排管内空气流速场耦合求解。首先通过求解电磁场计算电磁热损耗,然后作为载荷施加于传热模型进行温度场分布计算。该模型对电缆复杂的邻近效应、趋肤效应进行直接仿真计算,考虑了金属材料电阻率随温度的变化关系,且传热模型中耦合了空气自然对流、热辐射和固体热传导3种导热方式。利用所提模型对6种排列方式下的电磁热损耗和温度场分布进行计算;并利用二分法计算相应的载流量。结果表明,排列方式对电缆间的邻近效应有较为显著的影响,优化排列方式可降低电缆损耗、提升载流量。     

基于有限元法的XLPE电缆载流量计算及其影响因素分析

根据传热学和有限元基本原理,利用土壤区域划分法,建立了一种基于有限元法的XLPE电缆载流量计算模型,能够按照土壤热阻系数的不同对XLPE电缆周围土壤区域进行划分。根据XLPE电缆的结构参数和周围敷设区域的物性参数分析了XLPE电缆内部各层的温度分布情况,并提出了一种基于二分法来计算电缆载流量的方法。对比分析结果表明,相对于IEC60287中的热路法,该模型不仅计算结果准确,而且能更方便地考虑外界环境因素对电缆载流量的影响。通过实例仿真得出了不同影响因素对电缆载流量的影响规律,为优化电缆敷设方式提供了重要的理论依据。     

防火防爆装置对10kV三芯电缆中间接头温升及载流量的影响

为了分析不同类型防火防爆装置对10 kV三芯电缆中间接头温升及载流量的影响,搭建了大电流温升试验平台,开展了无防火防爆装置、含不锈钢、铝镁合金和玻璃钢防爆盒以及含防爆毯、防火毯共6组温升试验。试验结果表明,在散热效果方面,防爆毯最好,不锈钢防爆盒最差;不同试验组在电缆中间接头径向和轴向表现出相似的温度分布规律。为便于工程应用的同时开展机理分析,基于温升试验数据,分别从解析法和数值法出发,计算了不同试验组电缆的载流量。研究结果表明,含不锈钢防爆盒电缆载流量下降比例超过10%,含防爆毯电缆载流量下降比例仅为1%左右,其余下降比例约为10%。研究结果可为电缆中间接头防火防爆装置的选型设计提供参考。     

基于粒子群优化支持向量机的电缆温度计算

导体温度是影响运行电缆使用寿命和材料利用率的最主要因素,也是反映电缆运行状态的参数.由于技术上尚难以实现对运行电缆导体温度的直接测量,因此有必要进行导体温度计算.文中以电流和外皮温度作为模型输入,以导体温度作为模型输出,构建基于支持向量机的电缆暂态导体温度的数学模型;为提高该模型计算的精度,避免盲目选取训练参数,引入粒子群算法对其惩罚因子C和核参数γ进行寻优.仿真与试验对比结果表明:基于粒子群优化的支持向量机模型(PSO-SVM模型)可以用于电缆暂态导体温度计算,且计算误差小于热路模型和BP神经网络;模型具有良好的泛化能力.     

110 kV电缆外护层绝缘电阻不达标的原因浅析

电缆外护套试验,是衡量电缆健康状况的重要指标,是电缆运维部门有针对性地运行、检修工作的重要依据。按照相关标准规定,橡塑绝缘电缆外护套试验,重要电缆试验周期为一年,一般3.6 k V/6 k V及以上电缆试验周期为3年。该文简要叙述了单芯电缆外护套绝缘良好的重要性,结合110 k V海机线外护套绝缘电阻测试、故障查找对绝缘电阻不达标的几点原因进行分析。     

PE燃气管热熔焊接头温度场有限元分析

采用牛顿冷却公式计算PE管内外对流换热系数,在准确的边界条件下建立热熔焊接头的二维轴对称模型,用有限元软件ANSYS对模型进行瞬态热力学仿真,得到焊接过程中温度随时间和位置变化的分布情况。用M7500红外摄像仪对PE管外表面沿轴向的温度分布进行了测量,结果表明仿真与实测结果吻合。最后对接头温度场进行分析,为降温速率对接头质量的影响提供一定的理论依据。     

一起110kV整体预制式电缆中间绝缘接头故障分析及应对

通过对发生故障的110kV整体预制式电缆中间绝缘接头进行解剖,分析推断造成故障的主要原因是导体屏蔽安装不当引起,并提出了改进导体屏蔽设计以提高安装可靠性的建议。     

沥青加铺层温度应力研究(Ⅰ)：力学模型

研究比较了3维有限元模型、平面有限元模型和弹性地基上双层叠合梁模型在分析旧混凝土路面上沥青加铺层温度应力的适用性,指出加铺层路面结构变形视二垂直方向变形之叠加是可行的.由于旧混凝土路面接缝造成的结构间断,加铺层层底应力集中现象明显,收敛较其截面内力(弯矩和轴向力)困难,加铺层受力状况宜用其截面内力表征.调整双层梁的水平剪切变形和竖向拉压变形效应系数,弹性地基上双层叠合梁模型的加铺层截面内力计算结果与2维平面模型的结果具有很好的一致性.     

冷缩式电缆中间接头附件参数的有限元法优化

为了研究冷缩式电缆中间接头的电场分布并对其结构参数进行优化,首先,建立电缆中间接头的有限元仿真模型;然后,利用该模型对中间接头的结构参数配合进行分析;最后,根据分析结果制作一个10 kV冷缩式电缆中间接头,并对该样本开展局部放电和耐压试验.仿真与试验结果表明:通过合理优化应力锥和屏蔽管的结构参数,当应力锥的轴向长度、端部曲率半径及厚度分别为65,25和2.5 mm,屏蔽管长度和端口形状的分别为170 mm和90°,应力锥与屏蔽管之间的距离为60 mm,中间接头本体长度为420 mm时,样品的最大场强和最大切向场强小于30 kV·cm^-1(空气击穿场强)且其交界面上的电场分布较为均匀;其可通过局放与耐压试验,满足设计要求,为10 kV冷缩中间接头的合理设计提供理论依据.     

10kV三芯电缆应急时间计算模型与验证

以单根直埋敷设的10 k V三芯电缆为研究对象,建立了电缆暂态热路模型,并将其简化等效为一阶RC热路,根据所建立模型推导了应急时间与线芯温度的关系式。同时,设计了直埋敷设电缆加载不同应急负荷时的温升实验,实测了各组实验的应急时间。通过与应急时间计算值的对比,分析实验结果与误差,验证了理论计算的正确性,并得到不同应急负荷下的电缆应急时间变化规律,为电力部门指导电力电缆的运行提供理论支持.     

基于PSCAD单芯电力电缆故障暂态仿真建模

通过PSCAD建立了多回路高压单芯电缆仿真模型,分别对主绝缘故障和外护套绝缘故障进行了仿真.结果表明:主绝缘故障时,故障相导体中的初始暂态电流与本相金属护层中初始暂态电流极性相同;外护套绝缘故障时,故障相金属护层中的初始暂态电流与本线路非故障相金属护层中的初始暂态电流极性相反.     

基于反演的电力电缆缆芯温度间接测量研究

针对电力电缆导体温度的测量,提出了一种基于有限元法的电缆导体温度间接测量方法.利用有限元法对电缆温度场进行分析计算,获取不同载荷、边界条件下的表面温度和导体温度的对应关系,再结合测量到的表面温度即可间接得到导体温度.另外,针对电缆中某些材料热参数难以标定从而影响温度场计算模型准确性的问题,本文通过对电缆内部材料的热参数值进行辨识以对模型进行校正.     

基于改进麻雀搜索算法-BP神经网络的电缆接头线芯温度间接测量方法

电缆接头线芯温度实时监测对提升电缆线路载流量和安全运行有重要意义。针对目前测温方法适用性不强、精度低且抗干扰能力弱的问题,提出了一种改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm, ISSA)优化反向传播神经网络(back propagation neural network, BPNN)的温度反演间接测量方法。首先引入帐篷(Tent)混沌映射、自适应T分布变异、生产者数量和搜索空间动态调整混合策略对SSA进行改进,然后用改进后的SSA优化BP神经网络超参数。最后通过不同工况下的接头仿真与试验数据,结合自回归滑动平均模型(auto regressive moving average model, ARMA)对表面测温数据进行降噪,基于线路负荷及表面温度对接头线芯温度进行反演,并与粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)-BP、SSA-BP、灰狼优化算法(grey wolf optimizer, GWO)-BP反演效果进行对比。结果表明改进模型的平均绝对误差不超过0.5℃,反演精度更高,能够实现对电缆接头运行...     

12kV真空灭弧室绝缘性有限元仿真与优化

利用COMSOL 5.1软件建立真空断路器三维有限元模型,通过加载交流耐受电压分析和计算12 k V真空断路器隔室和灭弧室的电场分布以及动静触头在不同开距下的电场强度变化规律。通过仿真与优化可知:真空断路器灭弧室内屏蔽罩和陶瓷套管起到改善电场强度分布的作用;真空灭弧室4个场强较大值部位的圆角半径取2.5 mm较为合适;断路器分闸时,真空灭弧室动静触头之间的开距应取8~11 mm。仿真结果为真空断路器小型化和绝缘性能优化设计提供参考。     

各向异性介质覆盖导体柱电磁散射特性的FEM/BEM分析

应用有限元-边界元耦合法计算任意截面形状二维各向异性介质覆盖导体柱的雷达散射截面,对介质柱内、外区域分别应用有限元和边界元法进行分析,然后通过场的连续性进行耦合,形成待求矩阵方程,最后应用内观法结合多波前法求解该方程.作为算例,分别计算了无限长各向同性介质覆盖导体方柱和圆柱在平面电磁波照射下的雷达散射截面,结果与有关文献一致,在此基础上计算了各向异性介质覆盖导体方柱和圆柱的雷达散射截面.     

套管螺纹牙齿面接触应力分布研究

以P-110S圆锥管螺纹联接为计算实例,利用ABAQUS大型有限元分析软件,建立了圆锥管套管接头的弹塑性轴对称接触有限元模型.通过有限元分析得到了套管接头在不同的使用工况（包括过盈、施加轴向拉伸载荷等）下螺纹牙整体的应力分布规律;同时以圆锥管螺纹接触齿面为研究对象,得到了螺纹牙导向面和承载面上从齿顶到齿根的应力分布趋势.     

二维、三维螺杆定子热力耦合有限元模型对比分析

针对螺杆钻具定转子热力耦合工况的复杂多变、三维有限元模型耦合分析建模复杂、计算量大、效率低下等问题,该文同时建立了二维与三维螺杆马达动态仿真模型,利用单向解耦的方法的对二者在相同条件下的热力耦合工况进行对比分析,结果发现,三维模型的计算结果与二维模型相差无异,可以利用二维模型来代替三维模型对螺杆马达进行有限元分析以提高工作效率。