多回路土壤直埋電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了多回路土壤直埋高壓電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電纜導(dǎo)體溫度是判斷電纜實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)際載流能力的重要依據(jù)。
[0003] 當(dāng)前電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算主要有兩種方法：以熱阻、熱容等參數(shù)對(duì)電纜熱回路進(jìn) 行分層建模的解析方法和以有限差分、邊界元、有限元等原理為基礎(chǔ)的數(shù)值方法。
[0004] 以解析法為基礎(chǔ)的IEC-60287標(biāo)準(zhǔn)是目前世界上公認(rèn)的電纜載流量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，建 立溫度場(chǎng)求解域模型的有限元方法，已運(yùn)用于多種計(jì)算場(chǎng)合，其計(jì)算結(jié)果比IEC標(biāo)準(zhǔn)更貼 近實(shí)際。
[0005] 多回路敷設(shè)時(shí)間距不大的電纜彼此交互加熱，造成電纜導(dǎo)體溫度升高。IEC標(biāo)準(zhǔn)中 引入集聚因數(shù)進(jìn)行計(jì)算，不易理解且計(jì)算復(fù)雜，在實(shí)際推廣應(yīng)用中受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供多回路土壤直埋高壓電 纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法，解決了傳統(tǒng)計(jì)算方法不易理解且較為復(fù)雜的問題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0008] 多回路土壤直埋電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0009] (1)確定電纜及土壤溫度場(chǎng)的二維求解區(qū)域，并對(duì)各電纜依次編號(hào)，編號(hào)方式為， 從外圍回路開始，對(duì)某一回路的A、B、C三相電纜依次以1、2、3編號(hào)，再對(duì)相鄰回路的A、B、 C三相電纜依次以4、5、6編號(hào)，以此規(guī)律對(duì)所有回路的A、B、C三相電纜編號(hào)；
[0010] (2)確定土壤溫度場(chǎng)的二維求解區(qū)域的邊界條件和物性參數(shù)；
[0011] (3)計(jì)算在所有回路不通電情況下的各電纜的初始溫度；
[0012] (4)綜合運(yùn)用解析方法和有限元法求解各電纜的熱阻參數(shù)，進(jìn)而求解各電纜自身 損耗引起的導(dǎo)體溫升；
[0013] (5)計(jì)算各電纜之間的相互影響系數(shù)，進(jìn)而求解外部電纜熱源所引起的各電纜的 導(dǎo)體溫升；
[0014] (6)構(gòu)建多回路直埋高壓電纜導(dǎo)體溫度計(jì)算模型，并在該模型基礎(chǔ)上準(zhǔn)確計(jì)算每 根電纜的導(dǎo)體溫度。
[0015] 其中，步驟（1)中所述二維求解區(qū)域由上、下、左、右邊界圍成，上邊界為土壤上表 面，下邊界與敷設(shè)最深電纜的間距為2m，左、右邊界與外圍敷設(shè)電纜的間距均為2m。
[0016] 其中，步驟（2)中所述邊界條件包括上邊界的空氣溫度1和對(duì)流換熱系數(shù)h、下邊 界的深層土壤恒定溫度TS()il以及左、右邊界的絕熱條件。
[0017] 其中，步驟（3)中所述計(jì)算在所有回路不通電情況下的各電纜的初始溫度的計(jì) 算方法為，首先根據(jù)傳熱量相等的原則，利用厚度為S的土壤等效替代空氣換熱，S的 計(jì)算公式為s=v(h*pS()il)，其中，pS()il為土壤熱阻系數(shù)，h為對(duì)流換熱系數(shù)；隨后利 用單層大平壁導(dǎo)熱模型求解敷設(shè)深度為L(zhǎng)的i號(hào)電纜的初始溫度TM，I的計(jì)算公式為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 多回路土壤直埋電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 確定電纜及土壤溫度場(chǎng)的二維求解區(qū)域，并對(duì)各電纜依次編號(hào)，編號(hào)方式為，從外 圍回路開始，對(duì)某一回路的A、B、C三相電纜依次以1、2、3編號(hào)，再對(duì)相鄰回路的A、B、C三 相電纜依次以4、5、6編號(hào)，以此規(guī)律對(duì)所有回路的A、B、C三相電纜編號(hào)； (2) 確定土壤溫度場(chǎng)的二維求解區(qū)域的邊界條件和物性參數(shù)； (3) 計(jì)算在所有回路不通電情況下的各電纜的初始溫度； (4) 綜合運(yùn)用解析方法和有限元法求解各電纜的熱阻參數(shù)，進(jìn)而求解各電纜自身?yè)p耗 引起的導(dǎo)體溫升； (5) 計(jì)算各電纜之間的相互影響系數(shù)，進(jìn)而求解外部電纜熱源所引起的各電纜的導(dǎo)體 溫升； (6) 構(gòu)建多回路直埋高壓電纜導(dǎo)體溫度計(jì)算模型，并在該模型基礎(chǔ)上準(zhǔn)確計(jì)算每根電 纜的導(dǎo)體溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述多回路土壤直埋電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法，其特征在于：步驟 (1) 中所述二維求解區(qū)域由上、下、左、右邊界圍成，上邊界為土壤上表面，下邊界與敷設(shè)最 深電纜的間距為2m，左、右邊界與外圍敷設(shè)電纜的間距均為2m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述多回路土壤直埋電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法，其特征在于：步驟 (2) 中所述邊界條件包括上邊界的空氣溫度1和對(duì)流換熱系數(shù)h、下邊界的深層土壤恒定 溫度Tstjil以及左、右邊界的絕熱條件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述多回路土壤直埋電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法，其特征在于：步 驟（3)中所述計(jì)算在所有回路不通電情況下的各電纜的初始溫度的計(jì)算方法為，首先根據(jù) 傳熱量相等的原則，利用厚度為S的土壤等效替代空氣換熱，δ的計(jì)算公式為δ = 1/ (h · P S()il)，其中，P S()il為土壤熱阻系數(shù)，h為對(duì)流換熱系數(shù)；隨后利用單層大平壁導(dǎo)熱模型
求解敷設(shè)深度為L(zhǎng)的i號(hào)電纜的初始溫度TM，Ttli的計(jì)算公式為 其中，i = 1，2, 3，···，η，η為回路總數(shù)，H為二維求解區(qū)域的土壤深度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述多回路土壤直埋電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法，其特征在于：步驟 (4) 中所述各電纜自身?yè)p耗引起的導(dǎo)體溫升的計(jì)算公式為ATin= RiiQcd，其中，ATinSi號(hào) 電纜自身?yè)p耗引起的導(dǎo)體溫升，R ii為i號(hào)電纜的熱阻參數(shù)，QcdS i號(hào)電纜的導(dǎo)體損耗。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述多回路土壤直埋電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法，其特征在于：步驟 (5) 中所述外部電纜熱源所引起的各電纜的導(dǎo)體溫升的計(jì)算公式為
其 中，Λ Twt為外部電纜熱源所引起的i號(hào)電纜的導(dǎo)體溫升，k u為j號(hào)電纜損耗對(duì)i號(hào)電纜導(dǎo) 體溫度的影響系數(shù)，Qcu.為j號(hào)電纜的導(dǎo)體損耗。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述多回路土壤直埋電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法，其特征在于：步驟 (6) 中所述每根電纜的導(dǎo)體溫度的計(jì)算公式：
其中，1為1號(hào)電纜的導(dǎo)體溫度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了多回路直埋電纜導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法，包括以下步驟：確定電纜及土壤溫度場(chǎng)二維求解區(qū)域，并對(duì)各回路電纜依次編號(hào)；確定溫度場(chǎng)求解域的邊界條件和物性參數(shù)；計(jì)算所有回路不通電情況下的各電纜導(dǎo)體初始溫度；綜合運(yùn)用解析方法和有限元法求解各電纜熱阻參數(shù)，進(jìn)而求解其自身?yè)p耗引起的導(dǎo)體溫升；計(jì)算各電纜之間的相互影響系數(shù)，進(jìn)而求解外部電纜熱源所引起的各電纜導(dǎo)體溫；構(gòu)建多回路直埋高壓電纜導(dǎo)體溫度計(jì)算模型，準(zhǔn)確計(jì)算每根電纜的導(dǎo)體溫度。本發(fā)明適用于目前電力電纜各種主要敷設(shè)形式，特別是對(duì)研究相對(duì)匱乏的集群敷設(shè)電纜線路，簡(jiǎn)化其電纜導(dǎo)體溫度計(jì)算方法的同時(shí)提高了計(jì)算的精度。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號(hào)】CN104750995
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510161627
【發(fā)明人】沈培鋒, 王春寧, 馬宏忠, 許洪華, 李超群, 馬菲菲, 王郁壘, 施恂山
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司南京供電公司, 江蘇省電力公司
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月7日