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分散式排管敷设电缆群温度场的流固耦合计算 被引量:31
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作者 郑雁翎 仪涛 +4 位作者 张冠军 李洪杰 张延辉 杨凤民 宋伟 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1566-1571,共6页
排管敷设电缆群温度场是一个传导、对流和辐射3种传热方式的耦合过程,电缆群温度场和载流量计算必须考虑排管内部的空气自然对流和辐射传热。为此,基于传热学的基本原理,建立了10kV地下排管敷设电缆本体温度场域和电缆整体温度场域的有... 排管敷设电缆群温度场是一个传导、对流和辐射3种传热方式的耦合过程,电缆群温度场和载流量计算必须考虑排管内部的空气自然对流和辐射传热。为此,基于传热学的基本原理,建立了10kV地下排管敷设电缆本体温度场域和电缆整体温度场域的有限元计算模型。采用有限元与流函数-涡量法相结合的方法,实现了传导、自然对流和辐射3种传热方式的流固耦合计算。借助于有限元分析软件ANSYS,得到含有内部空气对流和辐射的分散式排管敷设电缆群温度场分布。利用有限元和流函数-涡量法计算,克服了现有标准和文献中根据经验公式计算空气层热阻而引起的误差及不足,提高了计算精度。 展开更多
关键词 有限元法 电力电缆 排管敷设 载流量 温度场 流固耦合计算
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基于电磁-热-流耦合场的多回路排管敷设电缆载流量数值计算 被引量:18
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作者 乐彦杰 郑新龙 +4 位作者 张占奎 李世强 陈国志 张磊 卢志飞 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第5期197-202,261,共7页
多回路电缆以集群方式敷设时,各回路之间的电磁耦合和热耦合都将加强,对电缆导体线芯和金属外护套的交流电阻及涡流损耗的影响均不可忽略。为准确计算四回路电缆在4×4孔排管敷设方式下的载流量,借助于Comsol和MATLAB软件建立电磁-... 多回路电缆以集群方式敷设时,各回路之间的电磁耦合和热耦合都将加强,对电缆导体线芯和金属外护套的交流电阻及涡流损耗的影响均不可忽略。为准确计算四回路电缆在4×4孔排管敷设方式下的载流量,借助于Comsol和MATLAB软件建立电磁-热-流耦合物理场有限元模型,将电磁场、温度场及排管内空气流速场耦合求解。首先通过求解电磁场计算电磁热损耗,然后作为载荷施加于传热模型进行温度场分布计算。该模型对电缆复杂的邻近效应、趋肤效应进行直接仿真计算,考虑了金属材料电阻率随温度的变化关系,且传热模型中耦合了空气自然对流、热辐射和固体热传导3种导热方式。利用所提模型对6种排列方式下的电磁热损耗和温度场分布进行计算;并利用二分法计算相应的载流量。结果表明,排列方式对电缆间的邻近效应有较为显著的影响,优化排列方式可降低电缆损耗、提升载流量。 展开更多
关键词 电磁-热-流耦合场 排管敷设 电缆 载流量 有限元
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电缆群排管敷设形式下的分流运行优化方法 被引量:6
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作者 李秋芳 周文俊 +3 位作者 田智 程萌 王航 周承科 《电测与仪表》 北大核心 2018年第3期129-136,共8页
夏季地下排管电缆聚集运行温度异常,电缆温度过高会加速电缆绝缘材料的老化,热量累积到一定程度,还可能引起起火事故。为降低地下排管中电缆运行温度,提出了电缆群排管敷设形式的优化方法。基于有限元法计算地下排管中电缆群运行温度场... 夏季地下排管电缆聚集运行温度异常,电缆温度过高会加速电缆绝缘材料的老化,热量累积到一定程度,还可能引起起火事故。为降低地下排管中电缆运行温度,提出了电缆群排管敷设形式的优化方法。基于有限元法计算地下排管中电缆群运行温度场,建立了电缆群敷设形式优化计算模型。以电缆群中最高温电缆的温度降到最低为目标函数,电缆群中总载流量不变为约束条件,对电缆群中温度较高的电缆进行分流优化计算。通过Comsol Multiphysics软件仿真计算的结果可见,与未优化之前相比,采用优化方法后排管中最高温电缆的导体芯温度降低了约11%,电缆群最大温差降低了3.6℃,增加了电缆群温度场分布的均匀度,优化效果显著。 展开更多
关键词 排管敷设 电缆群 温度场 优化方法 有限元法
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基于有限元温度场仿真的排管敷设电缆及新增电缆的位置优化 被引量:12
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作者 郭然 牛海清 吴炬卓 《中国电力》 CSCD 北大核心 2017年第7期169-174,共6页
电缆排管敷设设计之初就考虑到了通过增加电缆回路满足后期增容要求。电缆原始及新增位置不同时,断面温度场和载流量也不同,故有必要对电缆原始及新增位置进行优化。以3×4排管敷设配电电缆为例,建立温度场有限元模型,对比温升试验... 电缆排管敷设设计之初就考虑到了通过增加电缆回路满足后期增容要求。电缆原始及新增位置不同时,断面温度场和载流量也不同,故有必要对电缆原始及新增位置进行优化。以3×4排管敷设配电电缆为例,建立温度场有限元模型,对比温升试验与有限元计算结果,验证了有限元模型的有效性;基于该模型,在各回路加载相同电流前提下,以发热最严重电缆线芯温度最低为依据,对原始6回路及新增1回路进行位置优化。仿真研究表明,电缆分布越分散温度场分布越均匀,发热最严重电缆线芯温度越低;最优新增电缆位置与原电缆位置有关,因而建议在电缆位置优化时应考虑后期电缆回路的增加。 展开更多
关键词 排管敷设 有限元法 温度计算 增设电缆 位置优化
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基于高导热管道提升排管敷设下的电力电缆载流量的研究 被引量:9
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作者 陈文教 郑志豪 +4 位作者 徐研 李俊 刘国权 张婧婧 刘刚 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2022年第2期97-103,共7页
为了解决排管敷设电缆在运行过程中由于高热阻环境造成载流量大幅低于设计标准的问题,本文研发了一种高导热电缆管道材料石墨烯微片与石墨片改性高密度聚乙烯(PG-GNPs-HDPE),并建立仿真模型验证目前城市配网常用的排管敷设工况下电缆采... 为了解决排管敷设电缆在运行过程中由于高热阻环境造成载流量大幅低于设计标准的问题,本文研发了一种高导热电缆管道材料石墨烯微片与石墨片改性高密度聚乙烯(PG-GNPs-HDPE),并建立仿真模型验证目前城市配网常用的排管敷设工况下电缆采用PG-GNPs-HDPE高导热管道后的载流量提升效果。结果表明:与普通HDPE管道相比,采用PG-GNPs-HDPE高导热管道后,对于2×4排管敷设110 kV 500 mm^(2)电缆群,其载流量提升了9.32%;对于3×4排管敷设10kV 3×400 mm^(2)电缆群,其载流量提升了7.42%。 展开更多
关键词 电力电缆 载流量 排管敷设 外部热阻 高导热管道
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排管敷设电缆通道有限元模型参数灵敏度研究 被引量:3
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作者 黄泽琦 罗喻扬 +3 位作者 胡丹晖 刘瑞琪 林福昌 李化 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期40-46,共7页
电缆排管敷设通道有限元数字模型的建立中,为选取敏感参数在实际环境中进行测量,基于Comsol有限元仿真软件对排管敷设电缆通道断面建模中的参数灵敏度进行研究,并结合IEC标准研究了敏感参数对电缆线芯温升的影响。结果表明建模的不确定... 电缆排管敷设通道有限元数字模型的建立中,为选取敏感参数在实际环境中进行测量,基于Comsol有限元仿真软件对排管敷设电缆通道断面建模中的参数灵敏度进行研究,并结合IEC标准研究了敏感参数对电缆线芯温升的影响。结果表明建模的不确定参数中,地下水温度、深度和土壤导热系数为敏感参数。IEC标准计算电缆线芯温升时未考虑地下水的影响,当地下水深度为2 m,环境温度与地下水温度相差20℃时,IEC标准计算结果与有限元法差距可达18%。电缆排管敷设通道有限元数字模型的建立中需结合实际环境选取地下水温度、深度与土壤导热系数。 展开更多
关键词 排管敷设 有限元模型 参数灵敏度 地下水 温度 载流量
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回填低热阻材料对排管敷设电缆载流量的提升研究 被引量:9
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作者 李红发 程绍兵 +5 位作者 王金城 董志聪 王荣鹏 刘秉军 曾含 刘刚 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2022年第3期84-92,共9页
针对排管敷设电缆散热效果差而导致电缆线路载流量瓶颈的问题,以2×3排管敷设2回路110 kV电力电缆为研究对象,通过热路模型和大电流试验分析了管内回填低热阻材料前后电缆载流量的变化情况,并基于有限元仿真模型分析了电缆载流量与... 针对排管敷设电缆散热效果差而导致电缆线路载流量瓶颈的问题,以2×3排管敷设2回路110 kV电力电缆为研究对象,通过热路模型和大电流试验分析了管内回填低热阻材料前后电缆载流量的变化情况,并基于有限元仿真模型分析了电缆载流量与回填材料导热系数的关系。结果表明:2×3排管敷设2回路110 kV630 mm^(2)电缆时,相比于管内无回填的情况,管内回填低热阻材料后电缆载流量可提升25.22%。随着回填材料导热系数的增大,电缆的载流量不断增加,但增加的速度越来越缓慢,电缆载流量最终趋于稳定。当回填材料的导热系数由1 W/(m·K)增至7 W/(m·K)时,电缆载流量的提升率为8.99%;当回填材料的导热系数由7 W/(m·K)增至13 W/(m·K)时,电缆载流量的提升率仅为2.00%。 展开更多
关键词 排管敷设 低热阻材料 大电流试验 有限元仿真 载流量
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窄通道下排管敷设电缆群负荷优化 被引量:5
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作者 马爱清 秦波 张华富 《中国电力》 CSCD 北大核心 2021年第5期166-173,共8页
电力管道施工过程中,有时不可避免地要经过道路狭窄或地下管网密集的区域,为了保证安全水平净距,通常将此段电缆群变更为通道较窄的布置方式,但这会导致电缆群载流能力减小。将传热学原理和矩阵论相结合,基于IEC 60287提出了一种窄通道... 电力管道施工过程中,有时不可避免地要经过道路狭窄或地下管网密集的区域,为了保证安全水平净距,通常将此段电缆群变更为通道较窄的布置方式,但这会导致电缆群载流能力减小。将传热学原理和矩阵论相结合,基于IEC 60287提出了一种窄通道下电缆群不等负荷的矩阵优化方案,针对几种典型排管敷设的窄线路建立了有限元模型并进行温度场仿真,验证了优化方案的准确性;最后通过对实际工程通道变窄前后的负荷进行对比设计了合适的窄线路,结果表明该通流方案可提高电缆的利用率,减小了通道变窄对载流能力的影响,窄线路采用不等负荷通流方案可提高电缆的输电能力,随着回路数的增加最大可提升6.53%。 展开更多
关键词 窄通道 排管敷设 负荷优化 IEC 60287 矩阵论 电缆群
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地下电力电缆群敷设水冷管道模型的研究 被引量:8
9
作者 郑雁翎 李维新 +2 位作者 冯元 王亚云 仪涛 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期188-192,共5页
随着城市用电负荷需求的日益增大,采取适当的措施提高电缆群的载流能力有重要研究意义。文中主要研究了在电缆群中敷设水冷管道这种增容方式,即水冷管道中对流换热带走电缆群产生的热量,使得电缆群区域降温,从而提高电缆群载流量。首先... 随着城市用电负荷需求的日益增大,采取适当的措施提高电缆群的载流能力有重要研究意义。文中主要研究了在电缆群中敷设水冷管道这种增容方式,即水冷管道中对流换热带走电缆群产生的热量,使得电缆群区域降温,从而提高电缆群载流量。首先建立电缆群敷设水冷管道模型,然后对水流体的流动因素进行有限元分析,并计算载流量,从而验证这种方法对提升电缆载流量的效果。通过Ansys仿真计算的结果数据可知,对于水冷管道模型,水流温度及流速是影响电缆群载流量提升效果的主因,其改善电缆群的散热效果。电缆群载流量的提高可达28%。 展开更多
关键词 电力电缆 排管敷设 载流量 水冷管道模型 有限元数值算法
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地下排管多电缆线路分流对运行寿命的影响 被引量:8
10
作者 李秋芳 周承科 +3 位作者 王航 田智 夏湛然 程萌 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1576-1583,共8页
地下排管中聚集电缆线路数较多,散热困难,导致运行温度高。而过高的温度会加速电缆的老化,降低电缆的寿命。为延长电缆寿命,基于有限元法计算了地下排管中电缆群运行温度场,依据电缆老化理论建立地下排管电缆群寿命评估模型,并以延长电... 地下排管中聚集电缆线路数较多,散热困难,导致运行温度高。而过高的温度会加速电缆的老化,降低电缆的寿命。为延长电缆寿命,基于有限元法计算了地下排管中电缆群运行温度场,依据电缆老化理论建立地下排管电缆群寿命评估模型,并以延长电缆群平均寿命为目标函数,电缆群中总载流量不变且排管中各电缆运行温度不超过90℃为约束条件,提出了地下排管多电缆线路分流优化方法。实际工程应用结果表明:与未分流情况相比,采用优化方法后排管中电缆群的平均寿命延长了14.9 a,夏季排管中最高温电缆的导体芯温度降低了29.7℃,优化效果显著;与现行分流方案相比,采用优化方法后排管中电缆群平均寿命延长了3.0 a,夏季排管中最高温电缆的导体芯温度降低了2.7℃,验证了该方法的有效性。利用优化方法来指导未来电缆线路运行问题,能较大程度地保留排管中电缆的原始运行负荷,降低排管中电缆的温度,延长排管中电缆的平均寿命。 展开更多
关键词 排管敷设 电缆群 温度场 电缆分流 优化方法 寿命评估
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排管电缆群布置方式的联合优化方法研究 被引量:10
11
作者 张智辉 唐兴佳 +1 位作者 陈泽铭 牛海清 《电测与仪表》 北大核心 2020年第15期8-13,共6页
电缆群不同的布置方式会影响其温度场的分布,进而对其载流量产生影响。文中以3×4排管敷设配电电缆群为对象,利用COMSOL和MATLAB建立电缆群温度场联合仿真模型,以等负荷电缆群中最热电缆线芯温度最低为依据优化多回路电缆群的布置... 电缆群不同的布置方式会影响其温度场的分布,进而对其载流量产生影响。文中以3×4排管敷设配电电缆群为对象,利用COMSOL和MATLAB建立电缆群温度场联合仿真模型,以等负荷电缆群中最热电缆线芯温度最低为依据优化多回路电缆群的布置。在多回路所有布置方式电缆群温度仿真计算的基础上,最终确定电缆群的最优布置方式以及新增电缆最优布置方式。结果显示电缆群布置方式优化能显著提高电缆群载流能力,降低运行温度,对电缆的长期安全经济运行有重要意义。 展开更多
关键词 排管敷设 温度场 布置方式 优化
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采用MATLAB仿真的变电站高压进线温度场和载流量数值计算 被引量:17
12
作者 郑雁翎 许志亮 +3 位作者 张冠军 张延辉 杨凤民 宋伟 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期566-572,共7页
随着电力电缆在输配电线路中的广泛应用,准确确定电力电缆及其周围环境温度场的分布和电缆的载流量对于提高电力电缆的使用率、动态调整负荷具有重要的意义。为此,以地下排管敷设的交联聚乙烯电力电缆为研究对象,其实际模型为1个容量为2... 随着电力电缆在输配电线路中的广泛应用,准确确定电力电缆及其周围环境温度场的分布和电缆的载流量对于提高电力电缆的使用率、动态调整负荷具有重要的意义。为此,以地下排管敷设的交联聚乙烯电力电缆为研究对象,其实际模型为1个容量为250MVA、额定电压为230kV的变电站的高压进线。根据传热学和有限元法(finite element method,FEM)基本原理,建立了1种基于有限元法的水泥排管敷设电缆温度场计算模型,并对电缆及其周围环境的求解区域进行复合有限三角形单元剖分,即对电缆区域进行较密集的网格划分,而对电缆周围的土壤区域则进行较为稀疏的网格划分,以提高程序的运算精度和运行速度。结果表明:用MATLAB软件仿真,从而得到电缆及其周围环境的温度场分布,迭代计算了排管敷设交联聚乙烯电缆的载流量。证明使用有限元的方法分析地下电缆温度场,为电力工程中电缆载流量确定提供了一个比较可靠的计算方法。 展开更多
关键词 有限元法(FEM) 电力电缆 排管敷设 载流量 温度场 数值计算
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穿过不利散热区域地下电力电缆周期负荷因数的研究 被引量:3
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作者 郑雁翎 孙晓娟 +2 位作者 李维新 冯元 穆海宝 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期128-134,142,共8页
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... 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流,建立了不利散热区的电缆离散的空间三维热路模型;基于标准IEC 60287和IEC 60853电缆载流量的计算,提出不利散热区电缆周期负荷因数的计算方法,从而获得电缆日(24 h)周期内允许电流峰值。经过MATLAB软件进行计算仿真后,得到沿电缆轴向的导体温升分布值。结果显示:处于不利散热区的电缆段在周期负荷运行时,会使电缆线路载流量的峰值降低,本例敷设条件下,三回路YJV8.7/10kV 3×300电缆载流量降低达30%左右。通过文中的修正计算,将会为地下电缆安全可靠的运行及电力部门工作人员解决相关问题提供了一种有效的参考。 展开更多
关键词 电力电缆 排管敷设 周期负荷因数 温升 不利散热区
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电缆线路的电缆群载流量优化数值计算模型研究 被引量:34
14
作者 郑雁翎 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期3760-3765,共6页
电力电缆载流量的计算对电缆线路的设计、敷设以及运行都具有重意义。因而以排管敷设电缆群为研究对象,借助优化设计算法理论,建立了排管敷设电缆群载流量优化数值计算模型;把电缆群的总载流量达到最大作为目标,把电缆群中所有电缆线芯... 电力电缆载流量的计算对电缆线路的设计、敷设以及运行都具有重意义。因而以排管敷设电缆群为研究对象,借助优化设计算法理论,建立了排管敷设电缆群载流量优化数值计算模型;把电缆群的总载流量达到最大作为目标,把电缆群中所有电缆线芯温度不超过规定温度限值作为约束条件,对电缆群中所有电缆的载流量进行优化计算。通过ANSYS仿真优化计算的结果可知,与迭代法相比,利用优化算法计算电缆群载流量可以将电缆群的总载流能力提高约6%。本算法的结果显示,通过设计电缆群电流分布的最优化通流方案,能最大限度地提高电缆群的总载流能力。 展开更多
关键词 电力电缆 排管敷设 载流量 优化运行 有限元法 电缆线路
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