交联聚乙烯绝缘电缆载流量的数值计算

摘要

随着社会经济的发展，电力的需求量日益增长，社会对电缆的寿命、电力系统的可靠性要求不断提高。现代城市配网中大量采用了交联聚乙烯绝缘电缆，其中交联聚乙烯绝缘电缆的敷设方式包括直埋式、排管式、沟渠式等，相对于高空架空敷设具有投资少、占地面积小、走向灵活、容量大、施工方便、事故少等优点。电力电缆在运行时线芯温度不能超过绝缘电缆所能承受的极限温度，否则电缆的寿命会急剧下降，因此电力电缆的载流量精确计算是电力系统运行规划的核心内容。工程实践中电力电缆载流量的计算主要有解析计算、数值计算、实验测量三种，目前这三种计算方法均存在不足。
　　本文旨在研究一个能精确计算电缆载流量的方法，介绍了工程实践中电力电缆载流量的计算的解析计算、数值计算、实验测量三种方法，针对单芯电缆敷设环境的复杂性引起的其载流量的难确定性，基于有限元法计算直埋电缆、排管式敷设电缆、沟渠式敷设电缆温度场和载流量的基本原理及方法，确定各类敷设环境下的电缆结构、敷设环境、材料等参数，应用热力学知识使用ANSYS软件工具对单芯电缆温度场仿真，得到了电缆在各类敷设环境下的温度场的分布云图。在此基础首次运用最小二乘法曲线拟合了温度场与载流量函数关系曲线，求得了电缆在确定环境下的载流量值。
　　为了研究直埋电缆外部环境因素对其载流量的影响规律各影响因素的显著程度。同时为了掌握工程实践中电缆敷设最佳环境，结合热力学知识应用有限元软件ANSYS仿真了直埋电缆群在不同影响因素下的温度场，并求得相应的载流量。采用单一变量原则分析了土壤热阻、土壤温度、空气温度及埋设深度与载流量的关系，设计正交试验分析各因素对载流量的影响程度。得到了各影响因素与直埋电缆载流量的关系曲线及这些因素对直埋电缆的影响程度，有助于电缆敷设的环境的优化。
　　最后在结论与展望简单介绍了电力电缆载流量计算软件的研究现状，阐述了软件的设计思路以及软件的构架，简单介绍了现有载流量计算软件界面的输入输出界面，有望在载流量计算软件开发研究上做深一步的研究。

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选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1 绪论

1.1 研究目的与研究意义

1.2 研究背景与研究现状

1.3 现有电缆载流量计算软件简单介绍

1.4 本文主要的研究内容

2 交联聚乙烯绝缘电缆稳态温度场计算

2.1 电缆温度场数值计算原理

2.2 基于分布式光纤光栅测温技术的电缆温度检测

2.3 直埋敷设方式电缆温度场仿真

2.4 排管敷设方式电缆温度场仿真

2.5 电缆沟渠式敷设温度场仿真

3 基于电缆温度场的电缆载流量计算

3.1 载流量计算原理

3.2 基于IEC60287的电缆载流量计算

3.3 基于迭代法的电缆载流量计算

3.4 最小二乘法曲线拟合计算电缆载流量

4 敷设环境对电缆载流量影响分析

4.1 土壤热阻影响因素对电力电缆载流量的影响

4.2 土壤温度影响因素对电力电缆载流量的影响

4.3 空气温度影响因素对电力电缆载流量的影响

4.4 电缆埋设的深度影响因素对电缆电缆载流量的影响

4.5 电力电缆载流量影响因素的正交试验设计

4.6 本章结论

5 结论与展望

参考文献

附录：攻读工程硕士学位期间发表的部分科研成果

致谢