土壤外部熱阻是埋地電纜載流量的重要影響因素之一,其計算模型的準(zhǔn)確性對電纜溫度場和載流量的準(zhǔn)確評估具有重要意義。由于土壤外部熱阻主要受電纜外徑、埋深和發(fā)熱量的影響,首先采用Ansys軟件和IEC-60287標(biāo)準(zhǔn)計算公式相結(jié)合,求取了不同變量值下外部熱阻的大量樣本數(shù)據(jù),然后利用多變量線性回歸分析的方法對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到了綜合電纜外徑、埋深和發(fā)熱量等因素的地埋電纜外部土壤熱阻的計算模型。為了驗證計算模型的準(zhǔn)確性,分別以單回路、雙回路、三回路XLPE電纜群為例,利用計算模型計算了不同工況下的纜芯溫度,并與Ansys計算結(jié)果和IEC-60287計算結(jié)果進(jìn)行了對比,比較結(jié)果表明所得到的計算模型比IEC-60287更接近于有限元仿真結(jié)果,便于在保證準(zhǔn)確性的前提下實現(xiàn)工程應(yīng)用。 

【文章來源】：高壓電器. 2020,56(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

電力電纜等效熱路模型

電纜線路較長，除特設(shè)路段外，電纜縱深方向的溫度場是一樣的，單位長度的電纜發(fā)熱只通過徑向方向向土壤散熱，因而可以看成一個二維場進(jìn)行分析。由于土壤深處的溫度值不隨電力電纜發(fā)熱而變化，既默認(rèn)為一個恒定值[23]，故文中不作考慮，因此選擇金屬棒下方10 m作為求解域的第1類邊界條件；由于左右兩邊遠(yuǎn)離金屬棒方向的土壤相關(guān)參數(shù)也不會隨其發(fā)熱而產(chǎn)生變化，因此選擇左右兩邊20 m作為求解域的第2類邊界條件，即法向溫度梯度為0；地表為第3類邊界條件，通過對流換熱和輻射換熱向空氣中散熱。仿真研究模型見圖2，敷設(shè)條件見表1。由于發(fā)熱棒為金屬，屬于良導(dǎo)熱體，可以忽略其熱阻，其熱量通過土壤及地表對流換熱進(jìn)行擴散，其外部熱阻計算公式可表示為

式(4)中：θc為纜芯溫度；θair環(huán)境溫度。分析可知，土壤外部熱阻主要與發(fā)熱管外徑、埋深和發(fā)熱量有關(guān)，研究中，首先利用Ansys獲得這3種因素不斷變化下的溫度場，同時獲得發(fā)熱管的溫度，利用式(4)可計算得到一系列外部熱阻T4樣本數(shù)據(jù)。以半徑0.042 m，埋深1 m，纜芯發(fā)熱30 W/m的發(fā)熱棒為例，由Ansys模擬得到其溫度場分布見圖3。部分樣本見表2-4。為確定回歸分析所采用的計算模型，需要對樣本數(shù)據(jù)中的變量與因變量的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行初步分析，由表2-4分別繪制外部熱阻T4與發(fā)熱管半徑、埋深、發(fā)熱量的函數(shù)關(guān)系圖，見圖4。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于轉(zhuǎn)移矩陣的土壤直埋電纜群穩(wěn)態(tài)溫升快速算法研究[J]. 傅晨釗,司文榮,祝令瑜,李紅雷,姚周飛.  高壓電器. 2017(12)
[2]采用低熱阻系數(shù)回填材料提升穿管敷設(shè)電纜載流量[J]. 張鳴,樊友兵,劉松華,張群峰.  高電壓技術(shù). 2016(08)
[3]基于等效導(dǎo)熱系數(shù)的直流電纜穩(wěn)態(tài)載流量簡化有限元算法[J]. 劉暢,徐政,宣耀偉,張健.  高壓電器. 2016(05)
[4]高壓電力電纜溫度場和載流量評估研究動態(tài)[J]. 梁永春.  高電壓技術(shù). 2016(04)
[5]電纜線路的電纜群載流量優(yōu)化數(shù)值計算模型研究[J]. 鄭雁翎.  高電壓技術(shù). 2015(11)
[6]多回路土壤直埋高壓電纜溫度場建模與載流量計算[J]. 李超群,沈培鋒,馬宏忠,李凱,許洪華.  高壓電器. 2015(10)
[7]基于IEC 60287和有限元法的高壓海底電纜溫度場分析方法[J]. 段佳冰,尹成群,呂安強,李永倩.  高壓電器. 2014(01)
[8]溝槽電纜溫度場和載流量的數(shù)值計算[J]. 梁永春,趙靜,閆彩紅.  高電壓技術(shù). 2012(11)
[9]基于有限元法的地下電纜群溫度場及載流量的仿真計算[J]. 張洪麟,唐軍,陳偉根,王有元.  高壓電器. 2010(02)
[10]基于FEM的直埋電纜載流量與外部環(huán)境關(guān)系的計算[J]. 梁永春,柴進(jìn)愛,李彥明,王正剛,李忠魁.  電工電能新技術(shù). 2007(04)

碩士論文
[1]基于熱路模型的電力電纜導(dǎo)體溫度計算及試驗研究[D]. 劉同同.東北電力大學(xué) 2016
[2]基于有限元法的地下電纜溫度場和載流量的計算及仿真[D]. 張洪麟.重慶大學(xué) 2009
[3]單芯電纜暫態(tài)溫度場及載流量實時計算方法的研究[D]. 羅靈琳.重慶大學(xué) 2008



本文編號：3508339