[發明專利]一種基于熱力耦合的220kV大截面電纜熱致伸縮特性計算方法

有效

• 申請號: 201810662056.1
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN109063245B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 儲強;郭湘奇;付明星;陳偉;周平;李盛翀;王浩;呂立翔;韓宇澤;王光明;馬宏忠;呂桂萍;王妍
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司;河海大學;國網江蘇省電力有限公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 閆彪

本發明涉及一種基于熱力耦合的220kV大截面電纜熱致伸縮特性計算方法，屬于專門適用于特定應用的數字計算或數據處理的設備或方法技術領域。該方法步驟如下：1）根據所述的220kV大截面電纜所用型號進行初步的電纜物理結構的確定；2）根據步驟1）中的電纜物理結構建立相應的大截面電纜物理模型；3）計算所述220kV大截面電纜的導體損耗和金屬護層損耗；4）將所述導體損耗和所述金屬護層損耗施加到大截面電纜模型上，進行有限元熱場分析；5）進行應力場分析，得到分布特點。該方法可以根據大截面電纜實際敷設環境以及大截面電纜的工況特點，進行模擬，得到準確的大截面電纜的熱致伸縮特性。

技術領域

本發明涉及一種基于熱力耦合的220kV大截面電纜熱致伸縮特性計算方法，屬于專門適用于特定應用的數字計算或數據處理的設備或方法技術領域。

背景技術

隨著城市電網容量需求不斷變大，高電壓長距離大截面電纜得到越來越多的廣泛運用，大截面電纜因輸送容量較大而導致其電纜各層溫升變化較大，尤其是電纜線芯導體發熱嚴重，大截面運行電纜的熱致伸縮特性不可忽視。此外，大截面電纜線路長度一般可達十幾km甚至幾十km，因此大截面電纜的熱致伸縮特性在長度上的累積效應也更為嚴重，巨大的伸縮量將導致電纜及其附件疲勞損傷，甚至會引起電纜彎曲變形進而拱起，影響大截面電纜安全穩定運行。同時，負載波動、巨大的日間及年內環境溫差、不同敷設方式下復雜多變的通風散熱條件及光照輻射條件等，均會導致大截面電纜熱致伸縮問題更為復雜。近幾年的高壓電纜故障，由熱應力引起的電纜故障比例已高達36.2％。但由于國內外對大截面電纜熱致伸縮特性分析計算的相關研究甚少，大截面電纜熱致伸縮特性研究的缺失已成為大截面電纜工程應用的重要制約因素，計算大截面電纜熱致伸縮特性對大截面電纜設計與安全可靠運行具有重要意義。

目前關于電纜熱伸縮特性的研究均是以城市電力電纜設計技術規定為參考，規定中，針對運行電纜的熱伸縮量，規定中給出的計算公式如下：

t表示導體的溫升量，α表示電纜的線膨脹系數，L表示電纜長度，μ表示摩擦系數，W表示電纜單位長度的重量，f表示電纜的反作用力，A表示電纜導體截面，E表示電纜的楊氏模量。由規定計算得到的是電纜整體的熱伸縮量，實際電纜各層材料的力學特性各不相同，因而運行電纜各層結構的熱伸縮量并不相同。此外，規定給出的經驗公式僅能得到電纜粗略的熱伸縮量，但不能反映電纜不同位置的具體熱伸縮變化特點。

針對規定所提公式的計算不足，提出建立大截面電纜熱伸縮量的熱力耦合有限元計算方法。所提方法不僅可以準確計算大截面電纜各層結構在不同運行狀態下的熱伸縮量，同時可以掌握大截面電纜不同結構的熱伸縮變化特點，根據所得大截面電纜的熱伸縮量數值和變化特點，制定相應運維策略，采取科學有效措施降低電纜過熱狀態發生的概率。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提出一種基于熱力耦合的220kV大截面電纜熱致伸縮特性計算方法。

本發明為了解決上述技術問題提出的技術方案是：一種基于熱力耦合的220kV大截面電纜熱致伸縮特性計算方法，步驟如下：

1)根據所述的220kV大截面電纜所用型號進行初步的電纜物理結構的確定；

2)根據步驟1)中的電纜物理結構建立相應的大截面電纜物理模型，

所述大截面電纜物理模型是用過ANSYS Workbench有限元軟件建立，所述大截面電纜物理模型由內到外依次為導體、絕緣層、緩沖層、金屬護層和外護套；

3)根據所述大截面電纜物理模型按照IEC60287標準計算所述220kV大截面電纜的導體損耗和金屬護層損耗；

4)將所述導體損耗和所述金屬護層損耗施加到大截面電纜模型上，進行有限元熱場分析，得到所述大截面電纜物理模型的溫度場分布結果；

所述熱場分析的邊界條件為，