直埋电力电缆动态增容和双线增容策略研究.pdf

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1、第36卷第5期东北电力大学学报Vol_36．No．52016年10月JournalOfNortheastDianliUniversity0ct．．2O16文章编号：1005—2992(2016)05-0007-06直埋电力电缆动态增容和双线增容策略研究吴文克，鲁志伟，张航，敖明2，刘同同(1．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012；2．吉林省电力公司电力科学研究院，长春130021；3．国网安徽蚌埠市供电公司，蚌埠233000)摘要：为充分挖掘电力电缆裕量，可根据需要对现行电缆实施动态增容。电缆导体温度是动态增容的重要依据，基于有限元法计算电缆导体温度，根据电缆导体允许工作温度

2、(90℃)确定允许增容时间。计算单线增容允许增容时间，绘制应急负荷一允许增容时间曲线，供电力调度参考。双线增容时有双线同时增容、单线轮流增容两种方案可供选择，计算两种方案所能提供的增容时间，确定最优增容方案。结果表明，双线同时增容能提供更长的增容时间，为最优增容方案。关键词：有限元；允许增容时间；单线增容；双线增容中图分类号：TM614文献标识码：A电力电缆在电力系统中的使用日趋广泛¨J。目前实际运行的电缆输送容量远低于额定容量J，因此现行电缆具有一定的容量裕度。当电力系统输电线路发生故障或面临紧急供电需求时，电力部门往往采取停电检修、拉闸限电等措施，并没有充分发挥电力电缆的输送能力，

3、而此时可以通过对现行电缆实施动态增容来保障可靠供电。本文基于有限元法，计算了单线可供增容时的允许增容时间，绘制应急负荷一允许增容时间曲线，供电力调度参考；研究了双线增容策略，通过算例比较双线同时增容和单线轮流增容两种方案所能提供的增容时间，确定最优增容方案。1电缆温度场有限元计算原理电缆温度场数值计算方法有有限元法]、边界元法和有限差分法o。“等。有限元法把计算区域划分成一系列元体，在每个元体上取若干个点作为节点，通过对控制方程做积分来获得离散方程，其优点在于可以任意布置节点和网格，求解含复杂边界的问题具有很强的适应性。根据传热学有限元理论，本文应用有限元法分析给定负荷电缆闭区域的温度

4、场分布。1．1温度场控制方程忽略电缆轴向传热，认为电缆各层材料参数恒定不变，电缆温度场控制方程为：A(窘+警，㈩其中：A为材料导热系数，单位为W／(K·ITI)；T为区域内任一点的温度，单位为K；q为热源体积生热率，单位为W／m；p为材料密度单位为kg／m。；c为材料比热，单位为J／(kg·K)；为时间，单位为s。收稿日期：2016—05—19作者简介：吴文克(1993一)，男，河南省许昌市人，东北电力大学电气工程学院在读硕士研究生，主要研究方向：高电压与绝缘技术8东北电力大学学报第36卷1．2边界条件根据传热学原理，边界条件可分为三类，对二维导热问题，三类边界条件如下：第一类为温度边

5、界条件：I，=，Y，t){，．(2)第二类为热流密度边界条件：ql，=一A_o1I，．(3)第三类为对流边界条件：(T一)l，=一Al，．(4)对于直埋电缆，深层土壤温度为恒定值，不随地表温度变化，故可取地表下方一定深度的土壤作为电缆温度场的第一类边界条件；左右两侧远离电缆的土壤水平方向上温度梯度为0，故可取左右两侧一定距离的土壤为第二类边界条件；土壤表面以对流形式与空气换热，取为第三类边界条件。1．3损耗计算电力电缆运行过程中，热源有电缆导体、绝缘层、铝护套等，热源的存在使电缆在运行过程中温度升高。电缆热源主要是导体损耗：=，(5)=R(1+Y+Yp)，(6)其中：为导体单位长度交流

6、电阻；尺为导体单位长度直流电阻；y为集肤效应系数；y。为临近效应系数。其余热源参数可按IEC60287标准计算。1．4求解电缆温度场采用平面三角形单元，利用Galerkin法选择权函数，建立平面温度场有限元方程如下：c+K：P，(7)这是一组以时间t为独立变量的线性常微分方程组。其中：c是热容矩阵，K是热传导矩阵，P是温度载荷列阵。通过三角形单元面积积分合并可以分别求出C、K、P。利用Grank—Nicolson差分格式计算t时刻和t—At时刻电缆暂态温度值，求得电缆暂态温度场计算公式：(K+=(P)+(2C一．(8)通过加权法对边界条件进行处理得到线积分方程，运用迭代法和消去法求解，

7、即可求得电缆温度场内各点任意时刻的温度。2有限元计算的试验验证在东北电力大学高压实验室开展试验，电缆敷设于空气中，试验接线如图1，电缆结构如图2，电缆l-三相试验电源；2-单相调压器；3．大电流发生器；4-电缆回路；5-电流互感器：6．测温传感器：型号为YJLW03—38／66kV一1×1200。大电流发生器7一现场测量单元：8-上位机为电缆提供持续电流，热电偶对电缆导体温度、铝护图1试验接线图第5期吴文克等：直埋电力电缆动态增容和双线增容策略