基于有限元法的地下電纜溫度場和載流量的計(jì)算及仿真.pdf

1、電力電纜是電能傳輸?shù)闹匾O(shè)備，由于電力電纜額定載流量是基于保守參數(shù)選擇，不能充分利用電力電纜的傳輸能力。因此需要根據(jù)運(yùn)行條件確定電纜實(shí)際載流量，以提高電纜的傳輸能力。影響電纜運(yùn)行載流量的可變因素很多，僅按IEC-60287標(biāo)準(zhǔn)確定電纜載流量往往有較大的誤差，無法滿足實(shí)際需要。本文采用有限元法建立了地下單芯電纜的溫度場模型，有效模擬了地下電纜的散熱特性以及影響載流量的各種因素，并通過實(shí)驗(yàn)和仿真驗(yàn)證了此方法的正確性和有效性。此方法對地下電纜

2、的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有實(shí)際意義。
　　 首先，選擇有限元法建立單芯電纜溫度場的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合傳熱學(xué)知識(shí)對單芯電纜溫度場進(jìn)行分析，構(gòu)造出熱傳導(dǎo)方程和邊界條件，采用專業(yè)有限元軟件建立了單芯電纜的溫度場模型。計(jì)算區(qū)域采用三角形單元剖分法，對電纜溫度場分布及載流量的確定采用對分法進(jìn)行迭代求解。針對環(huán)境溫度和電纜外部熱阻存在較大隨機(jī)性的實(shí)際情況，提出了一種計(jì)算單芯電纜實(shí)時(shí)載流量的方法，利用熱路法與有限元法相結(jié)合，用表面溫度、環(huán)境溫度及負(fù)荷來

3、間接計(jì)算單芯電纜外部熱阻，解決了傳統(tǒng)計(jì)算中對外部熱阻難以確定的問題。
　　 其次，搭建了單芯電纜溫度場和載流量的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對表面溫度監(jiān)測的溫度傳感器的敷設(shè)方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，以提高測量精度。在實(shí)驗(yàn)室條件下，將單芯電纜敷設(shè)在空氣中，進(jìn)行溫升實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所建立的溫度場有限元模型的正確性和有效性；通過對比單芯電纜載流量實(shí)時(shí)計(jì)算方法與有限元模型得到的載流量的數(shù)據(jù)，證明了實(shí)時(shí)計(jì)算方法的優(yōu)越性。
　　 最后，建立了地下直