高壓直流塑料絕緣電纜附件通流上限確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓直流塑料絕緣電纜附件（包括終端 和接頭）通流上限確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓直流電纜附件穩(wěn)態(tài)載流量的準(zhǔn)確計算及通流上限確定對于其傳輸能力的充 分利用具有重要意義。
[0003] 目前確定電纜本體載流量的方法是以IEC 60287為基礎(chǔ)的解析計算方法以及利 用邊界元、有限差分、有限元的數(shù)值計算方法為主?？梢钥闯霈F(xiàn)階段電纜本體載流量的研究 已日趨完善，但是對于電纜附件溫度分布與載流關(guān)系尚缺乏深入研究。電纜附件（即接頭 和終端）是電力電纜安全運行中最薄弱的環(huán)節(jié)，也是電纜絕緣的重要環(huán)節(jié)。只有在綜合考 慮電纜本體和電纜附件的載流水平后，提出充分利用電力電纜線路傳輸容量、提高電纜利 用率才具有實際意義。
[0004] 與交流電纜不同，直流條件下，高壓直流電纜附件各絕緣層內(nèi)外表面溫差同樣影 響著絕緣狀態(tài)。所以在進(jìn)行高壓直流電纜附件穩(wěn)態(tài)載流量的計算時，應(yīng)同時考慮電纜線芯 導(dǎo)體最高長期允許溫度和各固體絕緣層內(nèi)外表面最大允許溫差，以確保絕緣處于良好的狀 態(tài)。在載流量確定以后，以載流量的計算值作為附件運行期間施加通流上限的參考，可以保 障附件長期安全運行同時充分利用電纜附件傳輸容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種高壓直流電纜附件通流 上限確定方法。該方法可以通過環(huán)境溫度的變化靈活調(diào)節(jié)附件載流量，同時考慮了線芯導(dǎo) 體最高長期允許溫度和各固體絕緣層內(nèi)外表面最大允許溫差為附件載流量確定的兩個約 束條件，符合高壓直流電纜附件絕緣特性的要求。在載流量確定以后，以載流量的計算值作 為附件運行期間施加通流上限的參考，可以保障附件長期安全運行同時充分利用電纜附件 傳輸容量。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0007] -種高壓直流塑料絕緣電纜附件通流上限確定方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1，依據(jù)電纜附件結(jié)構(gòu)尺寸建立高壓直流電纜附件幾何模型圖；
[0009] 步驟2,輸入電纜附件各個組件的材料參數(shù)，劃分網(wǎng)格，建立高壓直流電纜附件有 限元模型；
[0010] 步驟3,將附件導(dǎo)電線芯最高溫度Tniax初始值定為T n = 70°C，η為迭代計算的步驟， 取η = 1，在初始載流值下求出此時導(dǎo)體線芯單位直流電阻R和導(dǎo)電線芯發(fā)熱量Qn;
[0011] 步驟4,將線芯發(fā)熱量Qn和環(huán)境溫度Ta作為有限元加載條件施加到有限元模型 中；
[0012] 步驟5,求解模型，在溫度場后處理云圖中得到附件的最高溫度Tniax為?\ η+1)，并重 新計算出一個線芯發(fā)熱量Q(n+1);
[0013] 步驟6,判斷相鄰兩次迭代計算溫度差值I ηη+1)-τη I是否滿足溫度精度ξ，若不滿 足則將（n+l)的值賦給η，由Tn計算Q η并跳轉(zhuǎn)到步驟4 ;若滿足則跳轉(zhuǎn)到步驟7,此時的溫 度即為該條件下線芯的最高溫度，并得到該條件下的穩(wěn)態(tài)溫度場分布；
[0014] 步驟7,在穩(wěn)態(tài)溫度場確定后，計算以初始載流值為基準(zhǔn)的不同線芯載流下的線芯 最高溫度以及各固體絕緣層內(nèi)外表面最大允許溫差；
[0015] 步驟8,以線芯最高長期允許溫度和各固體絕緣層內(nèi)外表面最大允許溫差作為高 壓直流電纜附件穩(wěn)態(tài)載流量的約束條件，得到一個符合條件的允許載流區(qū)間；
[0016] 步驟9,運用數(shù)學(xué)上二分法的思想不斷逼近，縮小允許載流區(qū)間，最終得到滿足精 度要求的附件載流量值。
[0017] 步驟10,在高壓直流電纜附件運行期間，以載流量計算結(jié)果作為附件通流上限。
[0018] 在上述步驟3中，單位長度直流電阻R( Ω /m)按照IEC 60287標(biāo)準(zhǔn)中提供的方法 計算：
[0019] R = R〇(l+a20(Tnax-20)) (1)
[0020] 其中，RQ(Q/m)為20°C時的線芯導(dǎo)體單位長度直流電阻，α 2。為直流電阻溫度系 數(shù)。查標(biāo)準(zhǔn)可知：〇2。=3.93\10 3;1?。=3.12\105〇/111。
[0021] 在上述步驟3中，導(dǎo)電線芯發(fā)熱量Q(W/m2)的計算公式為：
[0023] 其中，I1 (A)為線芯載流，&(Ω)為線芯導(dǎo)體電阻，V(m3)為線芯導(dǎo)體體積，S(m2)為 線芯導(dǎo)體底面積，r為線芯導(dǎo)體底半徑（m)。
[0024] 在上述步驟4中，環(huán)境溫度Ta可以通過在附件最外層安裝測溫裝置測出，測溫裝 置不局限于熱電偶和測溫光纖。
[0025] 在上述步驟6中，相鄰兩次迭代計算溫度差值的精度要求一般為0. 1°C。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：本發(fā)明提供一種高壓直流電 纜附件通流上限確定方法。該方法可以保障附件在所計算的載流量下長期安全可靠的運 行，并且可以通過環(huán)境溫度的變化靈活調(diào)節(jié)附件載流量，同時考慮了線芯導(dǎo)體最高長期允 許溫度和各固體絕緣層內(nèi)外表面最大允許溫差為附件載流量確定的兩個約束條件，符合高 壓直流電纜附件絕緣特性的要求。在載流量確定以后，以載流量的計算值作為運行期間附 件施加通流上限的參考，可以保障附件長期安全運行同時充分利用電纜附件傳輸容量。
【附圖說明】
[0027] 圖1為實例中高壓直流塑料絕緣電纜附件通流上限確定方法的流程圖；
[0028] 圖2為實例中提供的160kV高壓直流電纜終端幾何模型圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實施，但本發(fā)明的實施和保護(hù)不限于此。
[0030] 如圖1所示，本實例高壓直流塑料絕緣電纜附件通流上限確定方法，該方法包括 以下步驟：
[0031] 步驟1，依據(jù)電纜終端結(jié)構(gòu)尺寸建立160kV高壓直流電纜終端幾何模型圖如圖2所 示，包括了接線端子1、屏蔽罩2、導(dǎo)電線芯3、XLPE絕緣4、硅油5、增強絕緣6、環(huán)氧套管7、 硅橡膠外護(hù)套8、應(yīng)力錐9.、銅托10、法蘭11 ;
[0032] 步驟2,輸入電纜終端各個組件的材料參數(shù)，劃分網(wǎng)格，建立電纜終端有限元模 型；
[0033] 步驟3,將初始載流值800A下導(dǎo)電線芯最高溫度Tniax初始值定為70°C，計算此時 單位長度直流電阻R為3. 73e (-5) Ω /m和導(dǎo)電線