基于有限元和粒子群算法的电缆周围土壤热特性参数估算方法

土壤导热系数、比热容等土壤热特性参数受土壤组成成分、颗粒大小、紧密程度、含水率等因素的影响而在不同地区、不同季节下呈现较大差异,给电缆载流量的准确计算带来困难。为此,在电缆外皮温度实测的基础上,提出了一种基于有限元和粒子群算法的土壤热特性参数估算方法,其基本原理是将电缆外皮温度的有限元计算值与实测值进行比较,通过粒子群算法优化土壤热特性参数,直至2者的平均误差最小。研究结果表明:与阶跃负荷及周期负荷电缆温升试验数据进行对比,基于估算的电缆周围土壤热特性参数的电缆导体和外皮温度的计算值与其试验实测值相符合,2者之间的平均误差均不超过2℃,说明所提出的土壤热特性参数估算方法的可行性。在电缆实际运行中,电力部门可以利用该方法对电缆周围土壤的热特性参数进行估算,以便准确计算电缆载流量、合理调度其负荷。     

关于埋地电缆土壤的热特性

概述了埋地电缆周围自然土壤的构成及其特性。土壤热阻系数取决于容易测量的空隙率和饱和度两个参数。土壤中水分稳定性仅取决于饱和度一个参数。影响土壤水分平衡条件是土壤初始饱和度和施加的温度梯度。     

新型电缆周围土壤热参数球形测量传感器

随着城市电网的发展,电力电缆使用量剧增,而电缆的工作状态受到其工作温度的影响,与电缆周围土壤热参数息息相关,因此有必要研制一种能够测量电缆周围土壤热参数的传感器以保证电缆的安全稳定运行。同时设计一种利用电感电容振荡(LC振荡)感应加热、PT100热电阻测温的空心球形传感器,相较于传统热探针能更好地考虑探头自热容和探头与土壤之间接触热阻的影响,最终通过Matlab非线性最小二乘拟合得出所测量土壤的热参数。     

土壤热阻系数的快速测量

在确定地下电缆载流量或计算地下管路、隧道的温升时,要决定的一个重要的参数就是周围土壤的热阻系数。土质不同、土壤含水量和密度不同,它的热阻系数也就不同。例如,热阻系数为60℃—cm/w的潮湿粘土,在干燥时这一数值可高达217℃—cm/w。土壤的热阻系数直接影响着地下电缆的     

地下电缆敷设的回填方法

描述地下电缆铺设时土壤回填方法及回填材料选择对电缆线路安全运行的影响。介绍如何选择合适的热回填法及液态热回填概念。给出详细的土壤成份及其热阻系数，对电缆热状态调查提出建议，并说明如何考虑土壤的热稳定性问题。     

穿过不利散热区域地下电力电缆周期负荷因数的研究

在实际电缆敷设时,由于受到环境条件的限制,电缆有时会穿过不利于散热的区域,此时电缆线路的周围环境为非均匀介质环境,在不利散热区电缆段的环境温度或者周围土壤热阻高于其线路的其他地方,导致处于此区电缆段导体成为热点,其会呈现电流峰值,从而会影响整条线路的载流量.文中通过分析电缆周围介质不同的热特性,且考虑电缆线路存在轴向热...     

地下埋设电缆温度场和载流量的数值计算

为确保电缆能够安全、正常的工作 ,又充分发挥电缆的输送能力 ,采用精确方法预计地下电缆的载流量与热特性具有重要意义。采用有限差分法 ,用坐标组合方式对土壤区域和电缆区域分别进行计算 ,并引进当量热阻系数简化管道中敷设电缆的计算 ,最终确定了任意敷设方式下电缆允许的载流量。     

有限元法对电力电缆载流量影响因素的分析

地下电缆的载流量是决定电缆输送能力的一个重要参数,提高地下电缆的输送能力,对电缆的载流量和温度场进行准确分析具有重要意义。为此,利用有限元法对影响电力电缆载流量的空气温度、土壤温度、土壤热阻系数、电缆布置间距等因素进行分析,计算电力电缆的载流量并分析其与各项参数变化的关系,为工程在线分析提供参考依据。     

中低压交联电缆集群敷设载流量的计算

根据IEC60287标准计算了中低压电缆在不同集群敷设方式、环境温度及土壤热阻下恒定负荷的稳态载流量,分析温度、土壤热阻系数对复杂情况敷设电缆群载流量影响程度的结果表明:土壤热阻系数是埋地集群敷设电缆载流量的关键影响因素,实际应用中,选择合适的土壤组分是增加集群敷设电缆载流量的重要手段。     

电缆导体温度及过负荷能力的研究

导体温度是反应电力电缆运行状态的重要参数,对于含有内置光纤的电力电缆,通过建立光纤到电缆导体的热路模型,推导出导体温度变化表达式,利用光纤所测得温度和实时负荷计算电缆导体的温度,并搭载了实验平台,实际测试电缆导体温度与电缆导体温度计算结果相比较。研究发现:本文提出的计算电缆导体温度的方法满足工程需要,误差来源于光纤测量系统、电缆自身热物性参数和土壤热阻系数,其中土壤热阻系数越大误差越大;实际运行中的电缆线路具有很大的裕度,对于2 200 mm~2和1 400 mm~2电力电缆而言,以60%额定载流量能持续运行8 h为基准,2 200 mm~2的电缆可以施加1.45倍的过负荷,1 400 mm~2电力电缆可以施加1.28倍的过负荷。     

地下电缆载流量评估影响因素数值分析

利用有限元法对影响地下电缆温度场分布的地表空气温度、电缆埋地深度、土壤热阻系数、有无回填土、电缆排列方式、电缆接地方式等因素进行了分析,利用弦截法计算地下电缆群载流量,给出电缆载流量随各项参数变化的关系,为根据实际环境和敷设条件选择合适的电缆载流量提供依据。     

交流500kV海底电缆登陆段载流能力提升

为比较500 kV海底电缆登陆段载流能力不同提升方案的效果,建立了海底电缆登陆段连同电缆沟在内的3维电–热耦合物理和数学模型,分析了电缆沟内电缆周围介质的流速(流体介质)、导热系数、冷却介质的温度和海缆的布置方式等因素对载流能力提升的影响,比较了冷水管循环冷却、回填特殊土壤和充满海水3种方法对海缆登陆段载流量的提升效果。结果表明:电缆沟内的流体介质沿电缆径向强迫流动,能充分发挥电缆沟内冷却系统的吸热作用;海底电缆周围介质的导热系数越大,海缆导体中产生的焦耳热可越快地消散,从而有效降低电缆导体温升,有利于提升海缆载流量。研究结果对海底电缆的选型和工程设计具有指导意义。     

多回路高压电缆群稳态温度场建模与分析

为解决多回路电缆群温度场计算问题,以220kV高压电缆为研究对象,采用有限元法建立多回路电缆群稳态温度场的磁热耦合计算模型,计算得到多回路电缆群的电磁损耗和温度场分布结果,经与IEC60287标准计算结果对比,验证了模型有效性,并结合仿真模型,探讨了空气温度、土壤热阻系数等各种因素对多回路电缆群温度场分布的影响,为电缆群运行维护提供了参考。     

地下电力电缆集群的不等间距优化设计

电缆载流量是电缆设计和运行中的一个重要参数。电缆集群等间距敷设时,互热效应使得敷设区域中央电缆的温度高于边缘电缆的温度。为提高地下电缆集群的输送能力,以电缆集群载流量最大为目标函数,以每根电缆温度低于其最高额定温度为约束条件,采用等值热路法和有限差分法分别求解了均匀土壤和不均匀土壤中电缆集群的载流量,并采用人工鱼群算法确定电缆的最优位置。计算结果表明,不等间距优化布置策略提高电缆群载流量的效率随回路数的增加和回填土热阻系数的增加而增加。不等间距优化设计提高了电缆群的载流量。     

基于参数拟合技术直埋电缆的缆芯暂态温度计算

电缆温度的暂态计算对其传输容量的合理分配及安全预警具有重要意义。然而在实际计算直埋电缆的温度时,存在电缆绝缘材料及周围土壤的热参数（密度、比热容、导热率）不易获取,或绝缘材料的热参数因老化而改变等问题,使得数值方法和传统热路法难以实现对电缆温度的精确计算。当电缆状况和敷设环境已知时,在传统电缆热路模型的基础上,提出了一种通过信赖域算法后,再根据实测量温度来拟合改进的热路模型参数的方法,并得出电缆的缆芯和表面温度简化计算式,避免了绝缘层和敷设环境热参数难以获取的问题,减小了电缆温度的计算量。最后使用110 kV XLPE电缆开展直埋电缆的温升实验,将实测温度与计算值对比,仅存在较小的误差,证明了热路参数拟合和温度简化计算式的准确性。     

交联电缆集群敷设载流量的数值计算

在人口稠密的大城市,电力通常通过直埋电力电缆集群来传输。电缆载流量是电缆设计和运行中的一个重要参数。IEC 60287标准给出了单一媒质即均匀土壤中电缆群稳态载流量的计算方法,并给出了有回填土的非单一媒质中电缆群的载流量修正计算方法。为给电缆工程的设计与运行提供科学依据,采用基于场路结合的有限差分法,提出了非单一媒质中电缆群的载流量数值计算方法,深入研究了不均匀土壤中的电缆载流量及其影响因素。计算结果表明,IEC外部热阻修正计算方法的计算精度与回填土热阻系数有关。回填土热阻系数较大时,IEC计算载流量显著偏低。     

热电池材料热物理特性参数的测试与分析

在搭建热电池热仿真模型的过程中,获取精确的材料热物理特性参数是至关重要的环节。分别采用热机械分析法、差示扫描量热法和激光闪射法测试了热电池主要材料的密度、比热容和导热系数,分析了比热容和导热系数随温度的变化特性,并采用多项式拟合的方式对其进行了量化。     

基于阻尼系数的PEF系统输出方波波形特性影响因素

高压脉冲电场技术是一种新型的非热食品加工处理技术,其对输出脉冲参数有着严格的要求。基于IEEE脉冲变压器等值参数模型,研究了双极性脉冲方波脉冲电场技术(PEF)系统的阻尼系数与脉冲输出方波波形特性的关系,重点考察了负载阻抗、回路寄生参数等对系统阻尼系数的影响。理论和试验研究发现:负载阻抗越小,系统阻尼系数越大,脉冲上升时间越大;回路寄生参数影响系统上升阶段阻尼系数σrsys,输出方波上升时间增大;箝位式RCD缓冲吸收电路改变了系统分布参数能量释放通道,系统下降阶段阻尼系数σfsys减小,输出方波下降时间增大。由此可见,系统阻尼系数对PEF系统输出方波波形特性有着重要的影响,因而对于PEF系统输出方波波形优化,需基于系统阻尼系数综合考虑波形特性影响因素的作用。     

LiFePO_4动力电池热物性测定及温升特性研究

温度是影响Li Fe PO4动力电池性能、安全及寿命的重要因素。电池热物性参数的测定及其温升特性的研究是电池热管理设计中的重要一环。通过实验测定了额定容量20 Ah的方块Li Fe PO4动力电池单体的比热容、生热速率、导热系数等重要热物性参数;并研究了强制风冷条件下,风速对电池在1 C、2 C、3 C电流倍率下的温升特性。电池热物性测定及温升研究将为电池散热设计提供重要的理论依据。     

500kV电力电缆稳态热路模型分析及载流量计算

通过对交流500 kV XLPE电力电缆各层材料进行导热系数测量实验,测得电缆各层材料导热系数随温度的变化曲线及电缆稳态工作温度下各层材料的热阻系数,并对电缆各层材料的热阻进行归并处理,然后按IEC 60287-1-1:2006对敷设于隧道中的交流500 kV电力电缆建立稳态热路模型并进行分析。结果表明:利用稳态热路模型可计算分析电缆各层热阻、外界环境热阻、电缆损耗及电缆温升等,同时得到大截面、五分裂的交流500 kV电力电缆在最高允许工作温度(90℃)下的载流量I为2 543 A。通过温升实验表明,电缆载流量的理论计算值与实验值的误差可控制在5%以内,验证了该模型对电缆载流量预测的准确性。