高压海底电缆金属护套和铠装层损耗的研究

摘要

本文从电磁场麦克斯韦基本方程组出发，对涡流场微分方程及其损耗进行推导，给出涡流场的定解条件和边值问题，同时对二维涡流场条件泛函及有限元分析法进行研究。
　　计算有源均匀传输线等效护套时的传输线工作参数，推导出护套在不同接地状态时的损耗。然后用解析法分别计算金属护套在不同接地状态时金属护套和铠装层的损耗，进行对比可得，无论护套如何接地，钢铠中间段部分的电流近似相等、护套损耗近似相等、铠装损耗近似相等、总损耗也近似相等。
　　用有限元法计算海缆损耗，要先对其边界和边界条件进行确定，这里采用解析法对边界进行计算。由于铠装钢丝的导磁性，单根海缆磁力线的分布主要集中在铠装层，而非导磁材料中分布较少。对铠装层隔磁优化，将隔磁后所得损耗结果与解析法所得结果进行比较可得，隔磁措施的应用能够有效降低铠装和护套中的总损耗，而且隔磁越多，钢丝铠装和护套中的总损耗就降低越多。由于解析法未把涡流损耗考虑进去，所以应在既考虑涡流又考虑非线性时，用有限元法再次对损耗进行计算，并将所得损耗与上述两种方法所得损耗进行比较。由计算结果可知，考虑钢丝铠装层非线性以后得出的钢丝铠装损耗明显降低，总的损耗也随之降低，所得的计算结果比不考虑铠装非线性时要准确。总之，损耗的大小与很多因素有关，在实际的工程应用中，应该根据实际情况进行分析计算。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．1．1 高压海底电力电缆的发展

1．1．2 海底电力电缆基本结构

1．1．3 海底电力电缆结构特点和技术难点

1．2 电磁场的数值计算概况

1．3 本课题研究的主要内容

第2章 涡流场的数值计算及其损耗

2．1 电磁场涡流微分方程推导

2．1．1 时变电磁场基本方程

2．1．2 涡流场微分方程及其损耗

2．2 涡流场的定解条件与边值问题

2．2．1 涡流场的定解条件

2．2．2 二维涡流场的边值问题

2．3 二维涡流场的有限元法

2．3．1 二维涡流场的条件泛函

2．3．2 剖分插值

2．3．3 泛函的离散及总体合成

2．4 本章小结

第3章 金属护套电压、电流和铠装电流的分析计算

3．1 海缆结构的基本参数

3．2 海缆基本参数

3．2．1 护套与铠装的自感

3．2．2 线芯与护套之间的互感

3．2．3 线芯与钢丝铠装之间的互感

3．2．4 海缆金属护套和钢丝铠装之间的互电感

3．2．5 护套、钢丝铠装的漏电导和电容

3．2．6 护套和钢丝铠装的电容

3．3 铠装两端接地时海缆电压和电流的通解

3．3．1 海缆护套电压和电流的通解

3．3．2 护套的均匀传输线等效工作参数及铠装中电流

3．4 海缆护套在各种接地状态下护套电压及护套和铠装中的电流

3．4．1 护套两端均不接地

3．4．2 护套一端接地另一端不接地

3．4．3 护套两端均接地

3．5 实例计算

3．6 本章小结

第4章 考虑涡流及铠装非线性时海缆的损耗

4．1 用有限元法计算电缆损耗时的边界和边界条件的确定

4．2 不考虑钢铠非线性时海缆的损耗计算

4．2．1 求解区域的剖分

4．2．2 模型的加载与求解

4．2．3 海底电缆铠装层的优化

4．3 考虑钢铠非线性时海缆的损耗计算

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢