Page 21 - 电力与能源2022年第四期
P. 21

赵莹莹, 等: 电力电缆载流量计算方法综述                                    3 1
                                                                                                      0
              定载流量。标准中给出了有限元法的解释, 讨论                           展起来的解析方法, 建立于传热学与电学迁移类
              了有限元法的输入要求, 并给出了几个建议应用                           比的理论基础, 依据电路与热路中物理参量的显
              有限元法的例子。                                         著对偶关系, 将传热学中部分问题利用电路分析
              2.2  国内标准                                        思路解决, 使复杂的传热过程得以简化, 实现热学

                   国内目前尚没有关于电力电缆载流量计算的                         过程问题的快速求解。热路法求解时, 将电缆温
              国家标准。上海电缆研究所起草的机械行业标准                            度场视为一维的热量场, 把电缆的各层结构和外
              JB / T10181.31 — 2014 《 电缆载流量计算》, 是国内            部环境简化为等效热容热阻, 把电缆导体中的热
              计算电线电缆载流量的基础标准, 广泛应用于电                           损耗简化为等效热源          [ 11-16 ] 。

              缆设计、 敷设和安装部门, 等同采用 IEC60287 ,                        图 2 为典型的电缆径向热路稳态求解模型,
              该标准也是基于热路模型的电缆稳态载流量计算                            可以得到计算电缆导体工作温度的公式:
              方法。中国电力科学研究院有限公司起草的电力                             θ c- θ 0 = Wc+0.5W d T 1 +  [( 1+ λ 1 Wc+
                                                                                                   )
                                                                         (
                                                                                      )
              行业标准 DL / T1721 — 2017 《 电力电缆线路沿线                W d nT 2 +  [( 1+ λ 1 + λ 2 Wc+W d n T 3 +T 4 )
                                                                                     )
                                                                  ]
                                                                                              ](
              土壤热阻系数测量方法》 , 规定了采用热线法现                                                                   ( 1 )
                                    [ 4 ]
                                                                                 2
              场测量直埋电缆线路周围土壤热阻系数的方法,                                导体损耗 Wc=I R , I 为导体电流, R 为导体
              适用于各种埋地敷设电缆线路, 包括直埋、 穿管以                         交流电阻。由此可以得到, 在土壤直埋不发生水
              及电缆沟回填等敷设条件下的电缆线路周围均匀                            分迁移时的电缆载流量的计算公式如下, 该公式
              回填材料的热阻系数测量。国网上海市电力公司                            一般可用于单回路或多回路线路的载流量计算。
              电力科学研究院起草的团体标准 T / CES053 —                          θ c- θ 0 -W d 0.5T 1 +n ( T 2 +T 3 +T 4 )]
                                                                               [
                                                           I=
                                                                                                   )(
                                                                               )
              2021 《 地下电缆群转移矩阵法温升计算导则》 规                       RT 1 +nR ( 1+ λ 1 T 2 +nR ( 1+ λ 1 + λ 2 T 3 +T 4 )
                                                      [ 5 ]
              定了采用转移矩阵计算地下电缆群稳态温升的方                                                                     ( 2 )
              法, 适用于直埋或排管敷设的电力电缆群。该标                           式中  θ c ———导体温度; θ 0   ———环境温度; W d     ———
                                                                                                  、 、 、
              准将多层电缆结构简化为单层结构, 基于电缆群                           导体 绝 缘 单 位 长 度 的 介 质 损 耗; T 1 T 2 T 3
              中电缆自身热导系数和与相邻电缆间热导系数所                           T 4 ———导体与金属套、 金属套与铠装 间 衬 垫 层、
                                                               电缆外护层以及电缆表面和周围介质之间单位长
              构成的矩阵, 计算电缆温升。
                   在电缆载流量暂态模型计算或基于有限元等                         度热阻; n ———电缆中载有负荷的导体数; λ 1              ———
                                                               金属套损耗相对 于该电缆所有导体总损耗的比
              其他方法计算载流量方面, 国内尚无相关标准。
                                                                    ———电缆铠装损耗相对于该电缆所有导体
                                                               率; λ 2
              3  载流量计算主要方法
                                                               总损耗的比率。
                   目前应用于电力电缆载流量和温升计算的方
              法包括: 基于热路模型的解析 法 ( 以下简称热路
              法)、 数值分析法、 试验法和在线监测法等。典型
              的数值分析法包括: 有限元法( FiniteElementA-
              nal y sis ,简称 FEA )、 有 限 差 分 法 ( FiniteDiffer-              图 2  典型的电缆径向热路模型
              ence Method ,简 称 FDM )、 有 限 容 积 法 ( Finite           热路模型由于其“ 物理特性” 明确、 计算速度
              VolumeMethod ,简称 FVM )、 无网格迦辽金法                  快, 具有较强的工程化应用价值, 尤其适用于需要
              ( Element-FreeGalerkin Method ,简 称 EFGM )        载流量快速计算 和 实 时 计 算 场 景          [ 17-25 ] 。国 内 外
              等, 其中有限元法借助其节点划分不受局限、 可求                         学者在此方面开展了大量研究, 如: 电磁 - 热之间
              解复杂边界与结构、 能够分析非线性问题等优势                           的耦合场分析; 土壤的水分迁移对电缆载流量的
              在数值计算领域占据了主导地位。试验法主要用                            影响分析; 采用叠加原理对多回路敷设的电缆导
              于对解析法或数值法构建的载流量和温度场模型                            体温度计算, 以及针对不同敷设方式下电缆的载
              的正确性及相关热阻参数进行验证                 [ 6-10 ] 。       流量、 温升计算的稳态模型和暂态模型优化, 包括
              3.1  基于热路模型的解析法                                  对电缆绝缘层的分层建模优化研究, 以及在暂态
                   热路法是基于 Kennell y 假设和 IEC 标准发                模型中引入平衡电感、 时延开关等物理特性进一
   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26