地埋电缆复合暂态热路模型研究.pdfVIP

摘要

当前城市输配电线路多以地埋电力电缆的形式为主，准确表述热湿迁移以及实

时环境因素影响下的地埋电力电缆周围环境介质参数，实现电缆缆芯温度的便捷快

速计算，对于深度挖掘电力电缆的载流能力具有重要价值。本文利用有限元法对热湿

迁移和实时环境条件下的地埋电力电缆温度场进行了模拟计算，之后对电缆周围的

土壤区域进行分层处理搭建了土壤分层热路模型，土壤部分的热路模型与电缆本体

的热路模型合并构成多支路模型，然后开展利用多支路模型对地埋电力电缆应急负

荷下的暂态温升和动态载流量计算进行研究。

搭建了地埋电力电缆热、电、湿多物理场耦合的有限元数值计算模型，同时考虑

了实时环境温度和实时环境湿度因素。通过地埋电力电缆多场耦合的数值计算，得到

了土壤区域含水率的变化规律和电缆随昼夜以及季节变化的实时电缆温度。

在不考虑热湿迁移的影响下，对土壤部分进行分层处理，搭建梯形土壤分层模

型。通过实验计算得出土壤模型在划分五层时精度最高，电缆本体部分使用二支路模

型表述，与土壤热路模型共同构成七支路模型，用以计算地埋电力电缆暂态温升。计

算结果与有限元计算结果对比，计算精度较高。

在考虑热湿迁移的影响下，利用有限元计算结果拟合出了热湿迁移变化规律的

通式，之后根据热湿迁移的规律对上述土壤热路模型进行了改进，使用新模型计算地

埋电力电缆暂态温升，计算结果与有限元计算结果对比精度符合预期。在此基础上加

入热电耦合，电缆损耗随温度变化而不断变化，再使用模型计算地埋电力电缆的暂态

温升，并与有限元计算结果对比，精度也十分理想。

根据考虑实时环境情况下的有限元计算结果预测出不同时间节点的温度值，以

此作为初始条件使用热路模型进行了短时应急负荷动态载流量的计算。证实了该热

路模型在任意时间节点下可以快速计算出短时应急负荷的动态载流量，进一步挖掘

了电力电缆的载流能力，从而提高了电力电缆的利用率。

关键词：有限元；热路模型；热湿迁移；多物理场耦合；动态载流量

Abstract

Thecurrenturbanpowertransmissionanddistributionlinesaremostlyintheformof

buriedpowercables,accurateexpressionofheatandhumiditymigrationaswellasreal-

timeenvironmentalfactorsundertheinfluenceofburiedpowercablesaroundthe

environmentalmediaparameters,toachieveconvenientandrapidcalculationofthecable

coretemperature,forthedepthofthecurrent-carryingcapacityofpowercableshasan

importantvalue.Inthispaper,thetemperaturefieldofburiedpowercablesunderheatand

humiditymigrationandreal-timeenvironmentalconditionshasbeensimulatedusingthe

finiteelementmethod.Afterthat,thesoilareaaroundthecablewaslayeredtobuildasoil

layeredthermalcircuitmodel,andthesoilpartofthethermalcircuitmodelandthethermal

circuitmodelofthecablebodyweremergedtoformamulti-branchmodel,andthenthe

multi-branchmodelwasutilizedtostudythetransienttemperatureriseandthedynamic

current-carry