海纜熱循環(huán)試驗(yàn)回路電流計(jì)算

龐明明 吉小振 趙磊 吳耿博 凌林軍

摘要：本文主要針對(duì)海纜型式和預(yù)鑒定試驗(yàn)時(shí)其加熱電流的大小進(jìn)行計(jì)算，建立海纜熱路模型，根據(jù)熱路模型列出求解微分方程組，解微分方程組，求出加熱電流。

關(guān)鍵詞：500kV海纜結(jié)構(gòu);海纜熱路模型;熱路微分方程組;海纜導(dǎo)體溫度;

引言

高壓電纜熱循環(huán)電壓試驗(yàn)采用導(dǎo)體電流加熱的方法，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)過(guò)程每個(gè)循環(huán)周期至少加熱8小時(shí)，電纜導(dǎo)體加熱至規(guī)定溫度范圍并保持至少2小時(shí)，隨后將自然冷卻16小時(shí)。

電纜的熱循環(huán)試驗(yàn)一般采用感應(yīng)電流使導(dǎo)體發(fā)熱，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使導(dǎo)體達(dá)到一定的溫度范圍，一般以XPEL作為絕緣介質(zhì)的電纜為90℃，本文基于電纜的熱路模型建立微分熱路方程，通過(guò)對(duì)電纜熱循環(huán)暫態(tài)過(guò)程的分析對(duì)熱循環(huán)電流進(jìn)行估算。

1 熱路模型與熱路微分方程

海纜由不同的材料護(hù)層組成，其溫度場(chǎng)為延海纜徑向分布，當(dāng)忽略海纜的鎧裝層損耗和介質(zhì)損耗時(shí)，在土壤中海纜的集中參數(shù)等效模型為圖1所示：

根據(jù)海纜的等值熱路模型可以得出熱路微分方程為：

熱容參數(shù)由下式求得：

2? 參數(shù)計(jì)算

由于500kV，1×3000mm?的直流海底電纜暫無(wú)生產(chǎn)，本文參照單芯500kV，2500mm?的路纜的相關(guān)參數(shù)及電纜的有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)1×3000mm?的海纜進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。

對(duì)于分割導(dǎo)體1×3000mm?電纜的導(dǎo)體外徑計(jì)算為67.9mm。

按照500kV電壓等級(jí)，XLPE材料的絕緣厚度理論計(jì)算值約為31mm，為增加絕緣可靠性，本文按照35mm進(jìn)行計(jì)算。

交聯(lián)聚乙烯海纜敷設(shè)時(shí)要抗拉，并且在海底敷設(shè)要防滲水及腐蝕，一般海纜采用鋼絲鎧裝，外護(hù)套為鉛護(hù)套，本文中對(duì)1×3000mm?的海纜鎧裝層估計(jì)厚度為5mm，鉛護(hù)套厚度為15mm。結(jié)合表1中1×2500mm?XLPE電纜物理參數(shù)，對(duì)1×3000mm?XLPE絕緣的海纜參數(shù)估計(jì)如表2.

熱容是通過(guò)各材料的熱容系數(shù)計(jì)算而得。

3? 計(jì)算及結(jié)論

對(duì)海纜施加4000A電流的計(jì)算結(jié)果曲線見(jiàn)圖2，計(jì)算時(shí)將W（t）考慮為導(dǎo)體最高溫度下的恒定熱源簡(jiǎn)化計(jì)算。

從圖2可以看出在t=5.5h時(shí)，海纜導(dǎo)體溫度將達(dá)到90℃，可滿足熱循環(huán)試驗(yàn)要求。

根據(jù)以上計(jì)算理論，在舟山柔直配套試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)項(xiàng)目中，分別對(duì)不同截面海纜的加熱電流進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)備選擇。

參考文獻(xiàn)：

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