单芯电缆暂态温度场及载流量实时计算方法的研究

论文摘要

电力电缆是电能传输的关键设备之一,电力电缆额定载流量是基于保守参数选择,不能充分利用电力电缆的传输能力。为了挖掘潜在传输能力,开展电力电缆载流量实时监测研究。电力电缆载流量实时监测为电力系统调度人员提供关于电缆可利用负载能力的信息,帮助系统调度人员在未来的负荷分配时做出更合理的决策,有利于电力调度合理优化配置电缆负荷。论文研究电缆表面温度和导体温度及载流量之间的关系,总结载流量计算方法的基础上,设计了一种单芯电缆表面温度在线监测系统及提出了单芯电缆载流量实时计算方法。利用在线温度监测和实时负荷数据来计算单芯电缆实时载流量。本文针对在线测温的功能要求,研究设计一种电缆表面温度在线监测装置。按照总体框架完成了硬件电路设计和子站的软件程序设计,并应用于实际。结合表面在线测温系统,设计单芯电力电缆实时载流量计算方法的验证实验系统。针对电源、温度传感器的敷设方式进行了设计和改进,减少系统误差。针对环境温度和外部热阻存在较大随机性的实际情况,实时载流量计算应从暂态温度场出发。建立暂态单芯电缆温度场的有限元方程,求解得到任意时刻的温度场分布(关注导体温度);分别对地下直埋、空气敷设和管道敷设三种情况,提出实时载流量计算方法。在实时载流量计算中,通过对电缆热路的分析,提出利用表面温度、环境温度和实时负荷来间接确定外部热阻,克服传统计算中对外部热阻(土壤导热系数)难准确确定的困难。将单芯XLPE电缆试品敷设在空气中,在变化负荷和变化环境温度两种情况下进行载流量实验。将实验结果和计算结果进行比较,误差在5%以内,验证了单芯电缆实时载流量计算方法的有效性和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 单芯电缆载流量实时监测的目的和意义
• 1.2 单芯电缆载流量计算及温度检测的国内外研究现状
• 1.2.1 单芯电缆载流量计算的国内外研究现状
• 1.2.2 电缆温度检测技术现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 单芯电缆表面温度与导体温度及载流量对应关系研究
• 2.1 导体温度和表面温度的关系
• 2.2 载流量计算方法
• 2.2.1 IEC－60287 标准
• 2.2.2 数值计算方法
• 2.2.3 利用外护套表面温度计算载流量
• 2.3 载流量的影响因素
• 2.4 本章小结
• 3 单芯电缆表面温度监测及载流量实验系统
• 3.1 表面温度监测系统总体设计
• 3.1.1 系统思想
• 3.1.2 系统方案选择
• 3.1.3 系统方案
• 3.2 表面温度监测系统硬件电路设计
• 3.2.1 主控板电路
• 3.2.2 接口板电路
• 3.2.3 光纤双环自愈环网
• 3.2.4 其他模块
• 3.3 表面温度监测系统子站软件设计
• 3.3.1 软件开发环境及结构设计
• 3.3.2 总线实现
• 3.4 载流量实验系统的设计及实现
• 3.4.1 实验装置
• 3.4.2 实验接线原理
• 3.4.3 实验方法及步骤
• 3.5 本章小结
• 4 单芯电缆暂态温度场和载流量实时计算方法的研究
• 4.1 前言
• 4.2 单芯电缆暂态温度场的有限元模型
• 4.2.1 单芯XLPE 电力电缆
• 4.2.2 暂态有限元方程与稳态有限元方程的相似性
• 4.2.3 暂态单芯电缆温度场的有限元方程
• 4.3 暂态单芯电缆实时载流量计算
• 4.3.1 地下直埋单芯电缆温度场模型
• 4.3.2 地下直埋单芯电缆实时载流量计算
• 4.3.3 空气敷设和管道敷设时单芯电缆实时载流量计算
• 4.4 单芯电缆实时载流量计算方法的实验验证
• 4.4.1 实验电缆
• 4.4.2 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录