【《国内外对电缆载流量的研究现状文献综述》3300字】

国内外对电缆载流量的研究现状文献综述国内外研究学者对电缆的温度场和载流量进行分析计算可以分为两类办法，第一种是以稳态温度场理论作为理论基础，在此之上建立的解析计算法（即IEC-60287系列标准），也叫等值热路法。解析计算法是目前我国在电力电缆工程中使用最广的方法之一；另一种方法是数值计算法，其中代表性的方法包括有限差分法和有限元法等，能够较好地模拟电缆在各种复杂工况下运行的情况解析计算法目前，IEC-60287标准（以下简称IEC）是国内外通用标准并在大量电缆敷设实际工程中得到广泛应用。根据该标准，通过解析计算法来得到电缆的温度和载流量主要分为以下几个步骤，首先需要求解出电缆的损耗部分，然后再求解出电缆的热阻部分，最后求解出电缆缆芯的温度。其中电缆的损耗主要有导体损耗Wc、屏蔽损耗λ2Wc、绝缘层损耗Wd以及金属护套损耗λ1Wc；热阻计算主要针对绝缘层热阻T1，内衬层热阻图STYLEREF1\s1.SEQ图\*ARABIC\s11电缆稳态等效热路图对于敷设在不同环境中的地下电力电缆，土壤中的水分在一定条件下会发生迁移现象，与此同时土壤的热阻系数也会产生较大幅度的改变。因此土壤水分发生局部迁移时的计算公式和土壤水分未发生局部迁移时的计算公式并不相同。此外日光直射电缆时和非直射电缆时的计算公式也有差别。因此要先对现场的敷设环境进行大致考察，再按照IEC选择合适的载流量公式进行计算。1.空气中不受日光照射的交流电缆对于在无强迫对流的空气中架设且不受日光照射的电缆，例如在室内、地下管道或地下电缆沟中的支架上的电力电缆，此时的载流量计算公式： I=θc−θ0−Wd0.5T1+2.空气中受日光直接照射的交流电缆当电力电缆的表层受到日光直射时，给出电缆载流量计算公式:I3.地下直埋电缆周围土壤水分发生局部迁移将整片土壤区域视为两个区域相近但热阻系数不等的区域。电缆运行时外护套温度会逐渐升高并导致电缆四周的土壤区域也产生温升现象，当四周的土壤温度大于50℃时，原本储存在土壤中的水分会发生自动迁移以远离热源的现象，这将使得土壤含水量显著下降，进而大大降低土壤的热阻系数；而远离电缆的土壤中的水分则几乎保持原有状态，土壤热阻系数几乎不变。此时两个区域的边界形成等温的边界。此时的载流量计算公式为:I4.地下直埋电缆周围土壤水分未发生局部迁移在电缆的温度的温升低于ΔθxI=Δθ基于IEC的传统解析计算法仅适用于几种特定情况。电缆载流量计算公式是在假定地面表层是等温层、电力电缆表层也是等温层、电缆处于单一均匀的热介质等条件上，求解出此时电缆的稳态温度场微分形式，再根据得出的微分形式的特点，把原本三维复杂的电缆温度场，在一定条件下降为一维简单的热路模型，以此达到快速分析和计算的目的。但在实际工程情况中，地面表层和电力电缆表层并不是一个严格意义上的等温层，电缆周围的热介质很复杂，例如电缆周围土壤的热阻系数并不均匀，热阻系数也会因水分迁移改变而改变。在土壤温度高于50℃时，土壤中含水量的值会随着水分迁移而发生较大变化，进一步使得导热系数显著下降，同时在多回路电缆和周围存在多种复杂热源的环境下，实际分析计算会更加复杂。此外，IEC系列标准忽视了导体和金属套的涡流损耗和交流电阻等影响.因此实际的电缆敷设工程作业中，施工单位若一昧机械地套用IEC标准来对电缆的载流量进行计算，会导致计算误差较大。总而言之，传统解析法的工程泛用性高，但在一些复杂情况下计算误差也较大。数值计算法二十一世纪以来，IT技术的不断革新、发展迅猛，不少研究学者利用计算机来计算出所需研究问题的近似解。数值计算已经成为了现如今不少研究学者用来探究电缆温度场和载流量的有力方法。通过选择网络划分并添加变函的方式来近似模拟电缆温度场是数值计算的主要特点之一，包括有限差分法（FDM）、边界元法、有限元法(FEA)、控制体积法等。1.有限差分法：有限差分法的基本路线是用离散点来替代所求解域，再用离散变函代替原函数。有限差分法的缺点是，一旦需要改变网格，就需要花费大量的时间来进行重新计算，除此之外，节点并不是严格意义等同于界限，因此这会导致一定的误差，所以在复杂敷设条件下，有限差分法就往往不能起到令人满意的效果。2.有限元法：有限元法继承了有限差分法的特性和优点，同样是运用将所求问题离散化的想法，来近似求解出问题。即差值函数的计算区域，是从定义范围中划分出来的三角形、四边形等各种离散区域，最后的计算结果误差也很小，并且面对复杂边界条件时，研究人员可以根据自身研究的方向需要，灵活地划分网格并自行设置节点，来处理相对复杂的定解问题。因此，对于各种复杂的研究环境，包括对多物理场耦合计算、流体固体耦合的温度场计算、多种热传递方式耦合的热效应计算等等，是计算电缆温度场和载流量较为合适的办法之一。3.边界元法：边界元法也是运用离散的思想，但与前文两种方法不同的是，边界元法是通过离散的思想来处理边界问题，再通过插值法，转化成代数方程组进行求解。与定义在区域内的偏微分方程比，边界元法下降了处理问题的维数，而边界离散化也比区域离散化要更加简易。通过把所研究的计算区域的内部归结到计算区域的边界，计算速度与在区域内计算相比，明显速度更快效率更高。并且在使用边界元法时不需要人为设置一个边界，因此非常适合于研究无限域的问题。但是边界元法的缺点是当处理边界较复杂时，例如敷设电缆的数量较多时，计算比较困难、计算量过大。综上,在研究拥有复杂边界的问题时，边界元法和有限差分法使用起来均有一定的限制。而使用有限元法则可以灵活地研究各类拥有复杂边界的问题，可以较为准确地对电缆群的实际工况进行仿真实验，计算出电缆四周的温度场，也可以对多种传热方式耦合的复杂温度场进行仿真计算。所以，在求解电力电缆温度场和载流量的问题时，有限元法是一种较优方案。参考文献[1]张洪麟.基于有限元法的地下电缆温度场和载流量的计算及仿真[D].重庆大学,2009.[2]黄诗雅,吴勇,李磊.土壤直埋敷设单芯电力电缆温度场与载流量计算[J].武汉大学学报(工学版),2014,47(04):502-505+526.[3]胡明丽.基于多物理场耦合模型的高压电力电缆温度场与载流量计算[D].华南理工大学,2015.[4]闫澜锋.10kV三芯电缆温度场分布特性及导体温度计算的仿真与实验研究[D].华南理工大学,2012.[5]王翔宇.地埋电缆群解析计算模型的优化及应用[D].河北科技大学,2019.[6]肖继学,龚建全,董圣友,廖旋,李海军,曾强,王泽,胥玉萍.电缆热路模型特征参数计算方法综述[J].西华大学学报(自然科学版),2015,34(05):39-42.[7]陈仁刚.电力电缆载流量影响因素分析及敷设方式优化方法的研究[D].重庆大学,2010.[8]马国栋.对《不同敷设条件下电缆载流量的校正和实用算法》一文的探讨及电缆载流量基准值制订[J].电力建设,1998(02):18-21+24.[9]夏泉,孙瑞亭.更换回填土后电缆的等效外部热阻的计算[J].华北电力技术,1993(05):37-42.[10]刘俊博,杨宁,宋余来,苏侃,鲁志伟.回填土高热阻系数下电缆集群敷设载流量的解析计算[J].东北电力大学学报,2019,39(03):23-28.[11]陈志龙.基于有限元法的地下电缆温度场的研究[D].武汉理工大学,2014.[12]郭然,牛海清,吴炬卓.基于有限元温度场仿真的排管敷设电缆及新增电缆的位置优化[J].中国电力,2017,50(07):169-174.[13]刘丽娜.桥架敷设电缆群温度场和载流量计算方法研究[D].河北科技大学,2015.[14]唐元春,杨帆,陈俊,何为.重庆电网110kV电缆不同敷设方式下温度场分布及载流量计算[J].重庆理工大学学报(自然科学),2012,26(03):79-84.[15]戚建萍.直埋方式下电缆载流量与温度场分析[D].山东大学,2018.[16]刘晓妍.基于有限元法的电力电缆载流量计算[D].山东科技大学,2018.[17]吴文克.直埋电力电缆载流量的有限元数值计算[D].东北电力大学,2017.[18]乐彦杰,郑新龙,张占奎,李世强,陈国志,张磊,卢志飞.基于电磁-热-流耦合场的多回路排管敷设电缆载流量数值计算[J].科学技术与工程,2017,17(05):197-202