基于熱路解析模型的海底電纜動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算與短時(shí)允許載流量評(píng)估_第1頁(yè)
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摘要:準(zhǔn)確計(jì)算海底電纜動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)和短時(shí)法無法精確求解海底電纜動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)和短時(shí)允路解析模型具有較好的準(zhǔn)確性和高效性;基于DynamicTemperatureFieldCaSubmarineCableBas(1.CollegeofElectricalEngineering,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China;2.SchoolofMechatronicEngineeringandAutomat4.The23rdResearchInstitute,ChiAbstract:Accuratecalculationofdynamictemperaturefieldandshogreatsignificancetoensuresafeoperationofsubmarinecables.cannotaccuratelysolvethedynamictemperthermalrouteanalyticalmodelisproposed.Buildinglayeredmodelofthecablebodyandthebuingasetofformulastocalculatetheequivalentthcable.Thenthethermalpathanalyticalmodelofthecablebodyandtheenvirotricanalogymethod.Theoptimalnumberoflayersandoptimalheattransferradiusofthermalpaselectedbyusingcontrolvaanalyzeandverifytheproposedoptimalthermracyandhighefficiency.Theshorttheshort-timeallowablemaofsubmarinecable.Keywords:submarinecable;buildinglayerethermalanalyticalmodel;dynamictemperaturefield;海底電纜廣泛應(yīng)用于海洋環(huán)境中的新能源電保證海底電纜的安全運(yùn)行及其載流量的充分794多學(xué)者對(duì)標(biāo)準(zhǔn)給出的方法進(jìn)行了改進(jìn);文獻(xiàn)[16]利邊曉燕,諶云峰,周歧斌,等:基于熱路解析模型的海底電纜動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算與短時(shí)允許載流量評(píng)估795即可驗(yàn)證所得最優(yōu)熱路解析模型的準(zhǔn)確性和高效為體現(xiàn)海纜埋設(shè)環(huán)境中流動(dòng)海水的自然熱對(duì)浸水飽和沙土的等效參數(shù)[26]和海水流動(dòng)下的典型-1Fig.1FrameworkofestablishingthermalsubmarinecableandFig.2Schematicdiagramofthelayeringoftheexternalenvi-ronmentofsubmarinec796RR每一層的熱阻和熱容以圖3中的熱電等效圖替文獻(xiàn)[28]給出了計(jì)算單一導(dǎo)熱介質(zhì)時(shí)圓環(huán)層熱1)Cp借鑒式(1)和式(2)的推導(dǎo)過程引入比例系數(shù)a和b改進(jìn)式(1)和式(2),改進(jìn)后得到的式(3)和式(4)適用于型中第n層的等效熱阻和熱容可通過式(3)和式(4)nnSnnθn對(duì)于采用交聯(lián)聚乙烯(crosslinkedpolyethylene,F(xiàn)ig.3Thermo-electricequ值時(shí)可以忽略電纜的介質(zhì)損耗。文獻(xiàn)[15]中給出了s02e1s02e1Rsii邊曉燕,諶云峰,周歧斌,等:基于熱路解析模型的海底電纜動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算與短時(shí)允許載流量評(píng)估797R21Fig.4EquivalentRCthermalnetworkmodelof建立海底電纜的多物理場(chǎng)有限元模型是為了海纜本體的分層數(shù)取決于海底電纜本身的層2.1模型層數(shù)N的取值需要保證海纜傳熱距離足夠,參考文獻(xiàn)[29]798Fig.5Temperaturerise2.2模型傳熱半徑r指出電纜2m之外的土壤溫度不受電纜溫度影響,最大溫度差分別為1.90℃和1.51℃,傳熱半徑為Fig.6Temperaturerise2345擇4m作為最優(yōu)的傳熱半徑。此時(shí)兩者溫度相差0.7℃,基本一致。圖7(c)表明3~4m之間,所以選擇4m作為最優(yōu)傳熱半徑是合對(duì)象,考慮海底電纜絕緣層的介質(zhì)損耗,文獻(xiàn)[30]對(duì)埋設(shè)情景下的該海底電纜本體和外部環(huán)境邊曉燕,諶云峰,周歧斌,等:基于熱路解析模型的海底電纜動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算與短時(shí)允許載流量評(píng)估799Fig.7Steadystatcontourmapat4000hoFig.8StructurediTable2Thermalresistanceafortheexternalenvironmnd/mrn-1/mrn/mRen/((m2·K)·W-1)Cen/(J·K-1)1234567(FEM)的仿真結(jié)果之間的誤差較小??傮w原則是各考慮到海纜實(shí)際運(yùn)行過程中的負(fù)載電流可能路解析模型求得的結(jié)果與有限元模型(FEM)計(jì)算所模型求解結(jié)果與FEM對(duì)應(yīng)結(jié)果最大溫差分別為0.94℃和1.04℃,最大誤差百分比分別為2.39%800Fig.9LoadcurrentandconductortemperaturFig.10SubmarineLoadcur多物理場(chǎng)有限元模型(FEM)和最優(yōu)熱路解析模海底電纜載流量評(píng)估可以分為短時(shí)允許過載度不能超過90℃,否則會(huì)造成絕緣材料老化,從本文選用提出的最優(yōu)熱路解析模型來進(jìn)行不底電纜在特定環(huán)境下通過的穩(wěn)態(tài)載流量分別為海底電纜主絕緣層溫度達(dá)到105℃所需的總損耗1)通過比較有限元模型和熱路解析模型的計(jì)邊曉燕,諶云峰,周歧斌,等:基于熱路解析模型的海底電纜動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算與短時(shí)允許載流量評(píng)估801Fig.11Correlationcurvrent-carryingcapacityofsubmarin3)文本應(yīng)用提出的最優(yōu)熱路解析模型計(jì)算發(fā)6(2):26-30.ofVSC-HVDCforlarge-capacityandlong-distancepowertransmission[J].HighVoltexperimentoftransienttemperaturesofsingletemperaturemonitoring[J].Higcharacteristicsoflong-servifiniteelementmethod[J].HighVundergroundpowercableampacitybymultiphysithermaleffectofsolarradiationontheamp134:507-516.electro-thermal-fluidmultiplLIMeng,NIUShengsuo,LIUYuqidistributionandampaciLUYing,FANMingming,ZHENityforsubmarinecablesundertrenchles[13]IEC.Electriccables-cIEC60287-1-1[S].GenevaIEC60853[S].Genevatransientampacityoftrenchlayingcable8022013:284-292.temperatureestimationandrealtimeemergencyratingoftransmission[20]OLSENR,ANDERSGJ,HOLBmodelfordynamicthermalrameasurementdata[C]∥12thIEEEInternationalConferenceoPropertiesandApplicationsofDielectricMaterials.Xi’IEEE,2018:622-628.calculationofcirculationcurrentapplicationofanalyticalcalculatiingtheampacityofbundledHVDCsubmarinecsedimentpermeability[J].ProceedingsoftheCSEE,2021resistance-calculattionsonoperatingcoselectionofcabletype:I[28]ANDERSGJ.Ratingofelectricpowerfortransmission,distribution,andindustrialapplcalculatethesteady-statetempgroundcablesystem[J].TransaCHENXin,LIWenpeng,Levolutionoflong-term-op主要從事海上風(fēng)力發(fā)電、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定方面主要從事高電壓絕緣技術(shù)、雷電防護(hù)和電磁兼容44+Cs1dt5+(1+1)t50?C1????5)Rs?5)+Rs?4)??下,式(13)中的矩陣來自下面微分方程組中的系數(shù)1+pC2)+1?=W1+24+(2+)t3?3=W3?3+C5dt4)t6?=0??+Cs(n?4)+(Rs(?5)+)tn=Rs4?+Cs(n?4)+(Rs(?5)+)tn=Rs4)+pC2000???4?A=?5?A=?5??

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