直流±250 kV海底电缆J型管段载流量提升研究北大核心CSCD

J型管作为新型电力系统中新能源海上风电送出系统海底电缆的保护装置,其存在会阻碍海缆对外散热,制约整条风电送出线路的载流量。为了提高J型管段海缆载流量,文中建立了典型J型管段流体—温度耦合数值模型,仿真分析了环境风速、太阳辐射、环境温度对直流±250 kV海底电缆封闭J型管系统温度场的影响规律,确定J型管载流量瓶颈位置,提出了一种J型管外壁开孔配合平台开孔引入外界风的J型管载流量提升方法,验证了仿真模型与算法的正确性。结果表明与全封闭J型管系统相比,J型管外壁开孔配合平台开孔能有效降低海缆温度,环境风速较低为1 m/s时载流量可有效提升13.98%。研究结果为指导J型管设计提升J型管段海缆载流量提供了新的解决方案。     

直埋XLPE电缆在不同敷设条件下的温升与载流量仿真

土壤直埋因具有施工周期短、散热性能好等优点而被广泛应用于电力电缆的敷设。埋设过程中各种敷设条件对电缆的温升和载流量都有着重要影响,文中采用Comsol有限元仿真软件,以110 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene, XLPE)电力电缆为研究对象,在直埋敷设的基础上考虑回填沙土、加盖混凝土保护板、装设套管等多种因素,建立包含电磁场、热场和流体场的耦合模型,分析这3种敷设条件对电缆温度场变化及载流量的影响。仿真结果表明：回填沙土会提升电缆载流量,随着回填沙土厚度的增加电缆载流量提升速度变缓;加盖混凝土保护板对载流量的影响较小,与不加盖时相比载流量提升幅度在0.5%以下;在排管内填充高导热材料会提升电缆载流量,相比于无填充情况,三相均填充高导热材料与中间相填充高导热材料、其他两相填充低导热材料时载流量的提升幅度均高于50%;在考虑上述因素同时存在情况下,有利于电缆载流量的提升。     

新型低热阻材料提高穿管敷设电缆载流量的试验研究

电缆载流量与其敷设方式和周围媒质的散热性能紧密相关。在各种敷设方式中,穿管电缆是制约电缆线路载流量的瓶颈。通过在管道内填充新型低热阻媒质,可以显著改善穿管电缆的散热环境,降低线芯温度,提升载流能力。利用经试验场电缆载流量试验验证的载流量计算软件,计算和分析了电缆周围媒质热阻系数对其载流量的影响。分别在试验场和运行线路上,进行了电缆载流量的试验研究。研究表明,单回路穿管敷设时填充低热阻新材料,可使电缆载流量提高8%左右。     

采用充水电缆沟敷设方案的海缆登陆段载流量计算

为了检验近海风电场海缆登陆段由土壤直埋改为充水电缆沟敷设的载流量提升效果,建立了充水电缆沟内二维流–热耦合求解的数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件对某条置于充水电缆沟的海缆载流量进行计算,得到沟内流场和温度场分布,验证了模型的正确性。由于水的自然对流可有效地改善电缆的散热条件,与直埋时相比,采用充水电缆沟敷设方案的海缆载流量提升了43.8%。基于该模型仿真分析了不同因素对充水电缆沟内海缆载流量的影响规律:电缆沟高度或宽度增大时,载流量均会增大,但增大宽度比增大高度能带来更明显的载流量提升效果;海缆在沟内的放置高度变化对载流量基本无影响。     

绝缘系统热导率对MW级直驱空冷风力发电机温升影响的仿真研究

为研究绝缘系统热导率对MW级空冷风力发电机温升及绕组温度分布的影响规律,基于金风某MW级风力发电机,利用有限元仿真方法对同一绝缘系统赋予不同热导率的模型进行仿真研究。结果表明:虽然提高绝缘系统的热导率可以达到降低发电机温升的效果,但随着绝缘系统热导率的继续提升,发电机温升下降趋势趋于平缓;同时,随着绝缘系统热导率的提高,发电机槽内绕组温度分布的离散程度发生变化,这需要在大型发电机设计过程中综合考虑。     

基于有限元法的排管敷设电缆温度场和载流量的计算研究

电力行业长期以来使用IEC 60287标准对地下电缆温度场和载流量进行计算,但该方法只适用于简单条件下的结果计算,不适用于过程分析。为研究排管敷设电缆工作时温度场和载流量之间的相互关系,为分析不同外界条件对温度场和载流量的影响情况,利用有限元法建立了排管敷设电缆温度场的仿真模型,对电缆的温度和载流量进行计算和分析。用IEC 60287标准对仿真模型进行验算,验证了仿真模型的有效性和准确性。由仿真结果可知,电缆工作时热量呈辐射型向四周传递,最终经过地表和左右远处土壤进行散热;管道内部受空气影响而难以散热。对地表温度、电缆间距和埋深等参数进行调整,分析了不同外界条件对排管敷设电缆温度场和载流量的影响,得出电缆间距在0.5 m、埋设深度在1.5 m以内时,调整间距和埋深会对电缆的温度和载流量产生较大影响。     

提高XLPE高压直流海缆经济性的研究展望

结合我国高压直流海缆工程直流海缆选型、电压等级和输送容量的关系,以单位输送容量所需直流海缆原材料投入作为典型经济性指标,发现随着单回路直流海缆电压等级和载流量升高,直流海缆经济性呈上升趋势.通过对比不同路线提高电压等级和载流量后直流海缆耗材的变化,可知分别通过提高直流海缆绝缘电气水平和导体最高允许运行温度的方式实现电压等级和载流量提升对提高直流海缆经济性更为有效.此外选取导体最高运行温度为70℃的±525 kV直流海缆为典型规格,利用有限元仿真分析外加电压提高至972 kV和导体运行温度提高至90℃后直流海缆绝缘场强分布的变化,结果表明电压等级和导体运行温度的提高均会造成绝缘场强翻转后靠近绝缘屏蔽处的场强进一步升高,且二者存在协同作用,在此基础上,设定绝缘屏蔽与绝缘界面存在向绝缘内尺寸为0.125 mm的半圆形突起,有限元仿真结果表明该点的场强对比无突起情况增大了35.8％.     

不同敷设方式下±500 kV高压直流海缆稳态载流量仿真分析

稳态载流量是衡量高压直流海缆电能传输能力的重要指标。为此，采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件建立了±500kV直流海缆电-热-流耦合模型，基于控制变量法研究了J型管、电缆沟和隧道3种典型敷设方式下的尺寸参数、材料热导率、排列方式等对海缆稳态载流量的影响。结果表明：在J型管敷设段，减小J型管管壁厚度和增大J型管外径均可有效提高海缆稳态载流量；在电缆沟敷设段，随着埋深的增加，稳态载流量逐渐降低，而空气域截面尺寸和电缆沟材料热导率的增大则可提高稳态载流量；在隧道敷设段，考虑到空气对流换热等因素，当电缆横向排列且间距为900mm时，稳态载流量达到最大值；稳态载流量最低的隧道段为瓶颈段，可通过增加通风设备提升瓶颈段稳态载流量。     

可应用于带电作业装备防护的高导热绝缘复合材料的制备

高分子基体与高导热填料复合的导热绝缘复合材料是解决带电作业机器人等机械设备绝缘防护、电子电气设备散热问题的良好解决方案.本研究采用硅烷偶联剂KH550对微米级氧化铝(A12O3)表面进行修饰,混合高导热的碳纳米管(CNT)作为导热填料,选用耐受温度范围广和耐腐蚀的硅橡胶(SR)作为高分子基体,制备了硅橡胶复合材料,并对其性能进行测试.结果表明:A1203/CNT混合填料总含量在10％,CNT占比为0.3％时,SR复合材料的热导率高达0.268 W/(m·K),相比SR提升了103.1％,体积电阻率为10.5x1012 Ω·cm,相对介电常数几乎不变,邵氏A硬度和杨氏模量略微增大.     

动力锂离子电池热行为研究与风冷散热优化设计

发展新能源汽车是我国应对气候变化、缓解石油等不可再生能源枯竭的有效举措。动力锂电池作为新能源汽车的核心技术直接决定了其可靠性，安全性和续航性能。为此，建立了磷酸铁锂动力电池组(方形)的三维仿真模型，对单体电池以及动力电池组的产热行为和风冷散热特性进行仿真模拟，并对电池模块的散热结构进行优化设计。结果表明，在环境温度为20℃，风速为5 m/s，电池组顺排排布，且Y方向和X方向间距分别为32和4 mm时，风冷散热效果最好。