10kV三芯电缆及附件线芯温度计算与实验研究

发布时间：2017-10-10 08:15

  本文关键词：10kV三芯电缆及附件线芯温度计算与实验研究

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【摘要】：随着城市的加速发展,城市内用电量也在逐年增加,用电负荷分布较为密集。由于城市中心区一般不允许架设架空线路,这是因为架空线路相比较电缆线路有占地面积大,影响城市美观的缺点。因此城市中心区往往是通过配网同沟多回电缆为各行各业提供电力。为保障配网电缆的安全运行,IEC制定了比较保守的标准,很难满足目前城市对电力的需求。不仅如此,在一条电缆线路上,一般都会存在限制其载流量的瓶颈点。例如,电缆中间接头、变电站出线端多排管敷设电缆等等,而这些限制载流量的瓶颈点并没有标准来制定其载流量。因此,准确计算电缆及附件的载流量,最大限度的利用电缆容量,可以避免因盲目增加线路造成的资源浪费,也可以为电网调度提供可靠的科学依据,保证电网的安全运行。并且,可以通过充分利用现有电缆线路的输电能力,提高输电效率,对城区内的负荷进行削峰填谷。目前,对于电缆环境温度、电缆表面温度的在线测温系统已进行了大量的研究,其成果在某些城市电力运行部门中得到了应用,测量精度已经满足工程应用。基于不同算法及现场温度数据采集的各类线芯温度推算方法计算也大多应用到了高压输电电缆,但是针对配网电缆线芯的推算研究还没有展开,即在算法方面上,10kV配网电缆还处于起步阶段。本文以10kV三芯电缆为研究对象,对影响三芯电缆线芯温度的两个主要因素进行了分析,通过利用生物学中局部灵敏度的概念分析了环境热阻与环境温度对三芯电缆线芯温度的影响。为了保证在运行过程中能够短时提高直埋敷设下的配网10kV三芯电缆载流量,对直埋敷设的10kV三芯电缆暂态应急时间进行计算。建立了电缆暂态热路模型,并简化等效为一阶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。另外,为研究中间接头内温度场分布情况,确定限制中间接头载流量的原因,提出一种利用实验与有限元分析结合的方法,对10kV三芯电缆中间接头进行整体温度场三维有限元仿真,并与电缆本体温度场仿真结果对比。最后,总结前人三芯电缆热路模型建立思路与方法,找出其计算模型的优缺点,提出一种新的建模方法。根据三芯电缆温度场分布与结构特性,利用分割法建立三芯电缆稳态和暂态热路模型,通过所建立热路模型,利用实际测量电缆表皮温度推算线芯温度。同时,设计10kV三芯电缆升流实验,利用自动测温仪得到实际线芯温度,对比线芯温度计算值与实验值,分析误差,验证该方法所建热路模型的正确性与准确性。
【关键词】：10kV三芯电缆 线芯温度 热路模型 中间接头
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM247;TM75
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 课题的研究现状13-15
• 1.2.1 国内外研究水平的现状和发展趋势13
• 1.2.2 国外研究机构对本课题的研究情况13-14
• 1.2.3 国内研究机构对本课题的研究情况14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第二章 基于灵敏度法的三芯电缆线芯温度影响因素分析17-26
• 2.1 考虑环境因素的三芯电缆线芯温度计算17-19
• 2.2 环境热阻和环境温度对于电缆线芯温度的灵敏度分析19-20
• 2.2.1 灵敏度定义19
• 2.2.2 环境热阻T4对线芯温度 θ1的灵敏度分析19-20
• 2.2.3 环境温度 θ0对线芯温度 θ1的灵敏度分析20
• 2.3 实验结果与理论分析20-24
• 2.3.1 两种不同敷设条件下的实验结果对比分析20-22
• 2.3.2 不同环境热阻下的实验结果分析22-23
• 2.3.3 不同环境温度下的实验结果分析23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第三章 10kV三芯电缆应急时间计算模型与验证26-35
• 3.1 10kV三芯电缆暂态热路模型26-28
• 3.2 10kV三芯电缆暂态应急时间计算模型28-29
• 3.3 实验分析与验证29-34
• 3.3.1 实验装置与实验方法29-31
• 3.3.2 实验数据处理与结果分析31-33
• 3.3.3 应急时间理论计算与实验结果对比33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 10kV三芯电缆中间接头三维仿真与实验验证35-48
• 4.1 有限元法在热分析中的理论基础35-37
• 4.1.1 传热学理论基础35-36
• 4.1.2 有限元法应用于热分析的原理36-37
• 4.2 10kV三芯电缆中间接头仿真37-40
• 4.2.1 几何模型与有限元模型的建立37-39
• 4.2.2 热载荷与边界条件的确定39-40
• 4.3 温度场仿真结果与分析40-44
• 4.3.1 中间接头温度场仿真结果与分析40-43
• 4.3.2 中间接头与电缆本体的对比43-44
• 4.4 实验验证44-46
• 4.4.1 中间接头温度场仿真值与实验值对比44-45
• 4.4.2 不同电流下线芯温度值对比45-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第五章 基于分割法的 10kV三芯电缆热路模型建立与实验验证48-64
• 5.1 分割法建立 10kV三芯电缆热路模型的可行性分析48-50
• 5.2 基于分割法建立热路模型理论50-55
• 5.2.1 三芯电缆稳态热路模型的建立50-51
• 5.2.2 三芯电缆暂态热路模型的建立51-55
• 5.3 分割法热路模型的参数计算55-58
• 5.3.1 电缆各层材料热阻的计算55
• 5.3.2 各层材料热容的计算55-56
• 5.3.3 金属材料损耗计算56-58
• 5.4 实验原理及方法58-59
• 5.4.1 实验装置与实验原理接线58-59
• 5.4.2 实验方法59
• 5.5 实验结果分析及理论计算对比59-63
• 5.5.1 稳态热路模型的计算值与实验室对比分析59-60
• 5.5.2 暂态热路模型的计算值与实验值对比分析60-62
• 5.5.3 误差原因分析62-63
• 5.6 本章小结63-64
• 结论与展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果70-72
• 致谢72-73
• 附件73

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本文编号：1005274