海底电力电缆金属护套及铠装层损耗的研究

摘要

本文首先从电磁场麦克斯韦方程组推导出涡流微分方程，并介绍了求解方程用的磁场边界条件，通过泛函、变分求极值手段把涡流微分方程转换成另一种有利于数值法求解的等价表达形式。采用了数值计算法中最受青睐的有限元法计算出金属护套和铠装层的涡流损耗。通过计算分析可知，电缆中的磁力线以线芯为中心同心圆分布，磁性钢丝铠装层的涡流损耗远远大于非导磁性金属护套的损耗；通过计算出的磁感应强度值近似计算了磁性钢丝的磁滞损耗，显然，磁滞损耗比涡流损耗小许多。
　　 本文采用有限元法还计算了铠装层二、四、八隔磁形式结构的涡流损耗和磁滞损耗，通过隔磁措施有效降低了铠装层的磁密，大大减少了涡流损耗和磁滞损耗，这可为电缆结构的合理设计提供重要的参考。
　　 海底电力电缆铺设过程中一般不使用中间接头，金属护套感应电压的累积威胁着电缆的安全运行，解决金属护套感应电压过高成为必然，传统的做法是把金属护套两端直接接地，而本文提出一种新的解决方法——半导体漏电法。通过模型建立、方程推导和系统模型的求解，证明该方法能有效降低金属护套感应电压，但漏电损耗偏大，比传统金属护套两端直接接地损耗小。金属护套连接方式不同损耗也不一样，金属护套两端不接地时漏电损耗最小，本文根据具体要求优化了半导体电阻率使其漏电损耗最小，总之，损耗与许多因素有关，应根据实际工程问题综合考虑。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 概述

1.1.1 海底电力电缆的发展

1.1.2 海底电力电缆之问题

1.2 电磁场数值计算研究概况

1.3 本课题研究的主要内容

第2章 涡流损耗数值计算的基本理论

2.1 涡流电磁场微分方程

2.2 电磁场边界条件

2.2.1 边界条件分类

2.2.2 不同媒质交界条件

2.2.3 场域边界条件

2.3 泛函及其变分

2.4 边界条件的等价变分

2.5 有限元法

2.5.1 有限元法的一般原理

2.5.2 泛函的离散化

2.5.3 有限元方程组

2.6 本章小结

第3章 海底电力电缆金属护套和铠装层损耗计算

3.1 海底电力电缆结构

3.1.1 海底电力电缆的基本结构

3.1.2 海底电力电缆结构特点

3.2 海底电力电缆计算模型

3.2.1 电缆产生的磁场

3.2.2 建模的假定与原则

3.2.3 海底电缆模型的建立

3.3 海底电力电缆涡流损耗计算

3.3.1 海底电缆计算模型的离散

3.3.2 加载与求解

3.4 海底电力电缆铠装层结构优化

3.4.1 双隔磁金属丝铠装层结构

3.4.2 四隔磁金属丝铠装层结构

3.4.3 八隔磁金属丝铠装层结构

3.4.4 铠装层结构优化分析

3.5 海底电力电缆铠装层磁滞损耗计算

3.5.1 基本结构铠装层磁滞损耗计算

3.5.2 优化结构铠装层磁滞损耗计算

3.6 本章小结

第4章 海底电力电缆金属护套半导体漏电模型

4.1 基本结构会属护套感应电压

4.2 金属护套的自感

4.3 海水电阻

4.4 半导体漏电法模型

4.4.1 模型及基本参数确定

4.4.2 模型状态参数确定

4.5 系统模型计算

4.5.1 金属护套两端不接地

4.5.2 金属护套单端接地

4.5.3 金属护套两端接地

4.5.4 特例

4.6 可视化分析

4.7 基本参数优化

4.8 本章小结

结论

参考文献

致谢

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