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

随着电力电缆在输配电领域的广泛应用,准确计算其温度场与载流量对保证电缆线路的安全可靠运行并提高线路运行的经济性都具有重要的意义。目前电力电缆温度场和载流量计算的方法有解析计算法、数值计算法、试验法。其中,试验法因费用较高而不具有通用性;解析法能够快速地确定简单敷设条件下电缆载流量,但对于复杂敷设条件其计算结果与实际具有一定的偏差;有限元数值计算法可以模拟电缆的实际敷设情况,准确计算复杂敷设条件下电缆群的载流量。本文基于多物理场耦合模型采用有限元方法对不同敷设情况下电力电缆的温度场和载流量进行了计算。主要进行了以下研究:(1)采用电磁-热耦合模型对表皮温度已知的单根电缆温度场和载流量进行了计算,并与IEC-60287标准的结果、试验数据进行比较分析,3种方法计算结果相差不大(小于3%),都能满足工程需要,从而初步验证了耦合模型的有效性。(2)采用电磁-热耦合模型对直埋敷设情况下电缆载流量进行了计算,以及采用磁-热-流耦合模型对排管、沟槽敷设进行了计算,并都与IEC标准的结果进行比较分析,结果表明单回路敷设情况下耦合模型和IEC标准计算结果比较接近,误差在3%以内;因IEC标准忽略了回路间的邻近效应,随着回路数的增加,2种算法的计算结果相差越来越大,进一步说明了多物理场耦合模型算法精度更高。(3)针对IEC-60287标准没有直接给出温度场和载流量计算公式的非典型敷设方式(如电缆群附近存在热源、电缆群不规则排列、局部穿管等非常规敷设情况下)的电缆群进行了仿真。仿真结果表明基于多物理场耦合模型的有限元法是解决非典型敷设电力电缆群的温度场和载流量计算问题的一种有效手段。