本文關(guān)鍵詞：電力電纜溫度場仿真及在線監(jiān)測系統(tǒng)研究　出處：《重慶大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 電力電纜 有限元方法 溫度場 載流量 在線監(jiān)測

【摘要】：電力電纜的使用壽命主要決定于電纜絕緣材料的老化程度,在絕緣老化過程中,絕緣材料的溫度是決定其老化速度的重要因素。載流量是電力電纜的一個基本參數(shù),載流量計算偏高易發(fā)生電纜過載現(xiàn)象,造成電纜溫度過高,加速老化。電纜溫度過高可能提示電纜存在負(fù)荷過大或故障狀態(tài),因此,實時掌握電纜運行時的溫度也將有利于其安全可靠運行。本文首先詳細(xì)說明了交聯(lián)聚乙烯電力電纜的結(jié)構(gòu)組成,從電纜的結(jié)構(gòu)上闡明電纜生熱的位置及原理,為電纜溫度場數(shù)值計算提供理論依據(jù)。傳熱有限元計算的基礎(chǔ)是熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射三種基本傳熱原理和熱平衡控制方程,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合有限元定解條件求出溫度場分布。本文利用COMSOL Multiphysics有限元分析軟件建立了10kV單芯電纜四回路規(guī)范敷設(shè)電纜溝幾何模型,以割線法計算穩(wěn)態(tài)載流量,利用溫度場計算結(jié)果來定位電纜系統(tǒng)的最熱點。針對工程中電纜溝不規(guī)則敷設(shè)情況進(jìn)行建模仿真,并與規(guī)則敷設(shè)電纜溝進(jìn)行結(jié)果對比,結(jié)果顯示,當(dāng)電纜全部敷設(shè)于電纜溝底部時,載流量規(guī)范敷設(shè)時降幅達(dá)22%,表明電纜敷設(shè)得越密集,電纜載流量越低。對電纜中間接頭的熱分析結(jié)果表明良好制作的中間接頭線芯溫度略低于兩端,溫差很小;當(dāng)單位長度接頭電阻不大于電纜本體電阻時,接頭線芯與電纜本體線芯的溫差不顯著,隨著接觸電阻的升高,接頭線芯溫度逐漸升高。這樣,通過有限元仿真定位電纜群和電纜接頭的過熱位置,為溫度在線監(jiān)測傳感器布點提供理論支持,同時,仿真計算得到電纜安全運行的表皮溫度上限值,解決了無法直接監(jiān)測線芯溫度帶來的溫度閾值確定難題。建立了一套電纜溝溫度在線監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)可實時采集電纜溝內(nèi)溫度數(shù)據(jù)。首先,對溫度傳感器進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)和測試,利用Zigbee與GPRS相結(jié)合的方式無線傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù),通過主控芯片CC2530F256編程控制,實現(xiàn)通過手機接收數(shù)據(jù)溫度數(shù)據(jù)功能,結(jié)合仿真得到的表皮溫度上限值實現(xiàn)溫度超限預(yù)警功能。對協(xié)調(diào)器節(jié)點和終端節(jié)點程序進(jìn)行設(shè)計,實現(xiàn)電纜溝內(nèi)以及電纜溝向遠(yuǎn)端手機的通信。設(shè)備軟硬件開發(fā)完成后,對設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)的實驗室模擬試驗和封裝論證。最終,將設(shè)備安裝于重慶市子山線電纜溝,持續(xù)獲得現(xiàn)場回傳溫度,表明系統(tǒng)工作狀態(tài)良好,可以有效地監(jiān)測電纜的運行狀態(tài)。
[Abstract]:The service life of power cable is mainly determined by the aging degree of cable insulation material, in the process of insulation aging. The temperature of insulation material is an important factor to determine its aging speed. The carrier current is a basic parameter of power cable. The overload of cable is easy to occur when the calculation of load current is on the high side, which causes the cable temperature to be too high. Accelerated aging. Excessive cable temperature may indicate excessive load or malfunction of the cable, therefore. In this paper, the structure composition of the XLPE power cable is explained in detail, and the position and principle of the heat generation of the cable are explained from the structure of the cable. The finite element calculation of heat transfer is based on three basic heat transfer principles of heat conduction, thermal convection and thermal radiation, and the control equation of heat balance. The temperature field distribution is obtained by using finite element solution condition. In this paper, COMSOL is used to calculate the temperature distribution. Multiphysics finite element analysis software has established the geometric model of cable canonical laying of 10kV single core cable. The steady load current is calculated by Secant method, and the hot spot of cable system is located by using the temperature field calculation results. The modeling and simulation of irregular laying of cable trench in engineering is carried out. The results are compared with the results of regular cable laying. The results show that when the cable is laid at the bottom of the cable ditch, the drop of the load current standard is 22%, which indicates that the more dense the cable is. The results of thermal analysis show that the temperature of the wire core is slightly lower than that of the two ends, and the temperature difference is very small. When the resistance of unit length joint is not greater than that of cable body, the temperature difference between connector core and cable core is not significant. With the increase of contact resistance, the temperature of connector core increases gradually. Finite element simulation is used to locate the overheating position of cable group and cable connector, which provides theoretical support for temperature on-line monitoring sensor placement. At the same time, the upper limit value of skin temperature for safe operation of cable is obtained by simulation. It solves the problem of determining the temperature threshold which can not be directly monitored. A cable channel temperature on-line monitoring system is established. The system can collect the temperature data in the cable ditch in real time. First of all. The temperature sensor is calibrated and calibrated, and the field data is transmitted wirelessly by combining Zigbee and GPRS, and the control is controlled by the main control chip CC2530F256. Realize the function of receiving data temperature data through mobile phone, and realize the temperature over-limit warning function with the upper limit value of skin temperature obtained by simulation. The program of coordinator node and terminal node is designed. After the development of the hardware and software of the equipment, the detailed laboratory simulation test and packaging demonstration of the equipment are carried out. Finally, the communication between the cable ditch and the remote mobile phone is realized. The installation of the equipment in the cable trench of Zishan Line in Chongqing City shows that the system is in good working condition and can effectively monitor the running state of the cable.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM75

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本文編號：1414247