[發明專利]一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法

在審

• 申請號: 202011458158.5
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112668154A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 梅冰笑;周路遙;楊帆;王少華;李晉賢;鄭添;劉黎;周象賢;曹俊平;李特;李乃一;王振國;陶瑞祥;溫典
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司電力科學研究院;重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

本發明公開了一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法。本發明參照IEC 60853?2周期性負荷載流量計算標準，建立電纜負荷仿真周期，基于有限元軟件建立電纜實際敷設運行工況仿真模型，通過設置模型參數，進行周期性負荷載流仿真試驗，獲取載流過程中電纜導體溫度、電纜表面溫度隨時間的變化數據，進而評估電纜周期性負荷載流能力及優化高壓電纜周期性負荷載流情況下的增容能力。本發明具有低成本、難度小、運行時間短、風險低的優勢，同時能得到較好的計算結果，為日周期性負荷下的電纜增容提供依據。

技術領域

本發明涉及電纜周期性負荷載流能力仿真領域，尤其是一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法。

背景技術

目前，一般使用持續負荷載流量作為電力電纜負荷調度的依據，而實際運行中電纜的負荷電流并非固定不變，而是呈現周期性的變化，且在某一個相對長的時間段(比如一個月)內日負荷曲線的形狀變化不大。由于電纜的熱時間常數較大，電纜導體溫度(即絕緣溫度)的響應滯后于負荷的變化。在這種情況下，采用持續負荷載流量作為電纜線路的電流峰值，則全天內電纜的最高導體溫度將小于XLPE電纜允許的長期工作溫度(90℃)，造成輸電線路載流能力的浪費。

若根據周期負荷載流量來控制負荷，既不影響電纜壽命，又可以在不增加線路投資的情況下，大幅提高電纜的輸送能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其通過仿真試驗可以模擬多種敷設環境、運行工況及試驗方案，以得到較好的仿真計算結果，為日周期性負荷下的電纜增容提供依據。

為此，本發明通過以下技術方案來解決上述技術問題：一種評估電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗計算方法，其包括：

步驟1)，選擇電纜周期性負荷仿真模擬有限元軟件，確定試驗電纜的類型、型號和數量，獲取電纜的結構及尺寸參數，得到電纜的二維幾何模型，結合電纜實際敷設環境，建立電纜在實際敷設環境中的二維幾何模型，即仿真試驗模型；

步驟2)，參照IEC 60853-2周期性負荷載流量計算標準，建立電纜負荷仿真周期；

步驟3)，根據電纜的結構，獲取電纜材料的物性參數；

步驟4)，根據電纜的實際敷設環境，確定試驗的環境參數；

步驟5)，在電纜周期性負荷載流能力的仿真試驗中，在電纜導體和電纜表面設置溫度探針，進行載流試驗；

步驟6)，獲取載流試驗過程中電纜導體溫度、電纜表面溫度和電流大小隨時間變化的數據，利用仿真試驗模型中設置的溫度探針得到載流過程中導體溫度和電纜表面溫度隨時間的變化規律，得到電流隨時間的變化規律。

所述仿真試驗計算中，在仿真試驗模型中能夠選擇任意的時間點和電纜不同的觀測點位置，并能夠得到其隨時間的變化過程。

進一步地，步驟1)中，所述的電纜周期性負荷仿真模擬有限元軟件為ComsolMultiphysics有限元分析軟件。

進一步地，步驟2)中，電纜負荷仿真周期的建立是通過在電纜周期性負荷仿真模擬有限元軟件里設置分段函數或周期函數實現。

進一步地，步驟3)中，電纜材料的物性參數包括導體的材料屬性、半導電層材料屬性、絕緣層材料屬性、阻水緩沖層材料屬性、金屬套材料屬性和外護套材料屬性。

進一步地，步驟3)中，所述的材料屬性包括材料的導熱系數、恒壓熱容、電導率、材料密度、相對介電常數以及相對磁導率六個參數，并且可被修改。

進一步地，步驟1)中，電纜的結構參數包括電纜結構的尺寸參數，并且其結構參數和材料屬性參數可被修改。