[发明专利]一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法

说明书

本发明公开了一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法。本发明参照IEC 60853‑2周期性负荷载流量计算标准，建立电缆负荷仿真周期，基于有限元软件建立电缆实际敷设运行工况仿真模型，通过设置模型参数，进行周期性负荷载流仿真试验，获取载流过程中电缆导体温度、电缆表面温度随时间的变化数据，进而评估电缆周期性负荷载流能力及优化高压电缆周期性负荷载流情况下的增容能力。本发明具有低成本、难度小、运行时间短、风险低的优势，同时能得到较好的计算结果，为日周期性负荷下的电缆增容提供依据。

技术领域

本发明涉及电缆周期性负荷载流能力仿真领域，尤其是一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法。

背景技术

目前，一般使用持续负荷载流量作为电力电缆负荷调度的依据，而实际运行中电缆的负荷电流并非固定不变，而是呈现周期性的变化，且在某一个相对长的时间段(比如一个月)内日负荷曲线的形状变化不大。由于电缆的热时间常数较大，电缆导体温度(即绝缘温度)的响应滞后于负荷的变化。在这种情况下，采用持续负荷载流量作为电缆线路的电流峰值，则全天内电缆的最高导体温度将小于XLPE电缆允许的长期工作温度(90℃)，造成输电线路载流能力的浪费。

若根据周期负荷载流量来控制负荷，既不影响电缆寿命，又可以在不增加线路投资的情况下，大幅提高电缆的输送能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其通过仿真试验可以模拟多种敷设环境、运行工况及试验方案，以得到较好的仿真计算结果，为日周期性负荷下的电缆增容提供依据。

为此，本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其包括：

步骤1)，选择电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件，确定试验电缆的类型、型号和数量，获取电缆的结构及尺寸参数，得到电缆的二维几何模型，结合电缆实际敷设环境，建立电缆在实际敷设环境中的二维几何模型，即仿真试验模型；

步骤2)，参照IEC 60853-2周期性负荷载流量计算标准，建立电缆负荷仿真周期；

步骤3)，根据电缆的结构，获取电缆材料的物性参数；

步骤4)，根据电缆的实际敷设环境，确定试验的环境参数；

步骤5)，在电缆周期性负荷载流能力的仿真试验中，在电缆导体和电缆表面设置温度探针，进行载流试验；

步骤6)，获取载流试验过程中电缆导体温度、电缆表面温度和电流大小随时间变化的数据，利用仿真试验模型中设置的温度探针得到载流过程中导体温度和电缆表面温度随时间的变化规律，得到电流随时间的变化规律。

所述仿真试验计算中，在仿真试验模型中能够选择任意的时间点和电缆不同的观测点位置，并能够得到其随时间的变化过程。

进一步地，步骤1)中，所述的电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件为ComsolMultiphysics有限元分析软件。

进一步地，步骤2)中，电缆负荷仿真周期的建立是通过在电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件里设置分段函数或周期函数实现。

进一步地，步骤3)中，电缆材料的物性参数包括导体的材料属性、半导电层材料属性、绝缘层材料属性、阻水缓冲层材料属性、金属套材料属性和外护套材料属性。

进一步地，步骤3)中，所述的材料属性包括材料的导热系数、恒压热容、电导率、材料密度、相对介电常数以及相对磁导率六个参数，并且可被修改。

进一步地，步骤1)中，电缆的结构参数包括电缆结构的尺寸参数，并且其结构参数和材料属性参数可被修改。