陳 悅， 楊仕友， 覃 喜

(1. 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院， 浙江 杭州 310027； 2. 浙江華云電力工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司， 浙江 杭州 310016)

1 引言

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)電力建設(shè)的需求日益增加。高壓電力電纜以節(jié)省占地空間、較少受外界環(huán)境影響和安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)受到了人們高度關(guān)注，并在我國(guó)不同電壓等級(jí)的輸配電電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。在電纜運(yùn)行過程中，線芯電流產(chǎn)生與電纜回路交鏈的磁通將在金屬護(hù)套中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)其金屬護(hù)套兩端接地時(shí)會(huì)在金屬護(hù)套中形成環(huán)流[4,5]。

電纜溫升和電纜線芯載流量是衡量電纜線路經(jīng)濟(jì)和安全問題的重要指標(biāo)[6]。當(dāng)金屬護(hù)套環(huán)流過大時(shí)，電纜金屬護(hù)套中將產(chǎn)生很大的環(huán)流損耗，導(dǎo)致電纜溫升明顯，加快電纜絕緣熱老化，降低電纜絕緣層絕緣水平，從而擊穿電纜絕緣層，降低電纜可靠性并影響電纜自身壽命[7]。同時(shí)，環(huán)流過大還會(huì)降低電纜線芯載流量，降低電纜傳輸電能的能力，影響電纜線芯材料的利用率，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失[8-10]。在此背景下，研究不同大小環(huán)流對(duì)電纜溫度場(chǎng)和線芯載流量的影響規(guī)律，對(duì)保障電纜安全高效運(yùn)行有重要意義。

目前，人們已經(jīng)廣泛開展了金屬護(hù)套環(huán)流對(duì)電纜溫度場(chǎng)和電纜線芯載流量影響的研究。文獻(xiàn)[7]基于金屬護(hù)套等值電路模型計(jì)算了常見電纜故障工況下的金屬護(hù)套環(huán)流，并在此基礎(chǔ)上借助有限元法，應(yīng)用Comsol軟件計(jì)算了電纜溫升，并據(jù)此提出了基于電纜溫升的電纜運(yùn)行工況判斷方法；文獻(xiàn)[11]采用有限元數(shù)值計(jì)算方法，通過Matlab軟件和Comsol軟件實(shí)現(xiàn)了電纜電磁場(chǎng)、排管中空氣流場(chǎng)及電纜溫度耦合場(chǎng)的分析與計(jì)算，研究了電纜不同排列方式下的電纜線芯載流量變化規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上得出了電纜的最優(yōu)排列方式；文獻(xiàn)[12]利用迭代法計(jì)算了電纜金屬護(hù)套采用不同接地方式時(shí)的電纜線芯載流量，研究了金屬護(hù)套環(huán)流變化對(duì)電纜載流量的影響，同時(shí)應(yīng)用IEC-60287載流量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證；文獻(xiàn)[13]在研究電纜金屬護(hù)套環(huán)流的基礎(chǔ)上，利用IEC推薦方法研究了電纜不同布置、金屬護(hù)套不同接地方式下環(huán)流對(duì)電纜載流量的影響，同時(shí)提出了傳輸容量最優(yōu)的電纜敷設(shè)方案。綜合現(xiàn)有研究成果不難發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有環(huán)流變化對(duì)電纜溫度場(chǎng)和電纜線芯載流量影響研究中，大多未充分結(jié)合工程中高壓電力電纜的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和工況，考慮因素不夠全面。

鑒于此，本文首先借助等值電路模型研究電纜金屬護(hù)套環(huán)流的計(jì)算問題；然后，研究了溫度場(chǎng)和載流量的有限元數(shù)值計(jì)算模型和計(jì)算方法；接著，通過溫度場(chǎng)分析，綜合考慮工程中允許施加的最大負(fù)荷電流、電纜溝內(nèi)實(shí)際空氣溫度及電纜溝內(nèi)敷設(shè)情況等諸多工程因素，充分考慮某工程電纜溝敷設(shè)形式下電纜的實(shí)際環(huán)境，建立了電纜溫度場(chǎng)及載流量仿真模型，提出了對(duì)應(yīng)的仿真流程；最后，結(jié)合該工程實(shí)例對(duì)金屬護(hù)套環(huán)流影響下的電纜溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，在維持三相電纜線芯(或金屬護(hù)套)最高溫度不變的前提下，對(duì)金屬護(hù)套環(huán)流影響下的線芯載流量進(jìn)行了計(jì)算和比較，研究了不同大小環(huán)流對(duì)電纜溫度場(chǎng)和載流量的定量影響規(guī)律。

2 單芯電纜金屬護(hù)套環(huán)流計(jì)算模型

為保證高壓電纜運(yùn)行的安全穩(wěn)定，110 kV及以上級(jí)別電纜金屬護(hù)套通常采用交叉互聯(lián)接地方式限制金屬護(hù)套感應(yīng)電壓及環(huán)流[14]。單芯電纜金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地工況下，一個(gè)交叉互聯(lián)段的環(huán)流計(jì)算等值電路模型如圖1所示[15]。

圖1 電纜金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地時(shí)環(huán)流計(jì)算等值電路模型Fig.1 Equivalent circuit model of circulating current for cable metal sheath cross connection and grounding

基于圖1所示的等值電路模型可得環(huán)流計(jì)算的回路方程為:

(1)

(2)

(3)

式中，Li為第i段電纜段長(zhǎng)；LAa、LBa、LCa分別為各相芯線與大地構(gòu)成的回路對(duì)A相金屬護(hù)套與大地構(gòu)成回路的互感，LAb、LBb、LCb、LAc、LBc、LCc以此類推；Labi、Laci、Lbci分別為A相與B相、A相與C相、B相與C相電纜第i段金屬護(hù)套與大地回路的互感。

將上述感應(yīng)電壓代入金屬護(hù)套回路方程即式(1)中，經(jīng)過推導(dǎo)變形，可獲得金屬護(hù)套環(huán)流的矩陣方程如下：

(4)

根據(jù)電纜參數(shù)計(jì)算阻抗系數(shù)矩陣中各元素值及感應(yīng)電壓列向量中各電壓值后，求解此矩陣方程，可得電纜金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地時(shí)的三相金屬護(hù)套環(huán)流值。

3 溫度場(chǎng)與載流量有限元計(jì)算方法

3.1 溫度場(chǎng)計(jì)算

3.1.1 溫度場(chǎng)控制方程

相較于電纜外徑而言，電纜軸向長(zhǎng)度可看作無(wú)限大[16]，因此，本文采用二維溫度場(chǎng)模型分析電纜溝敷設(shè)電纜的溫度分布?；趥鳠釋W(xué)基本理論[17]，電纜溝敷設(shè)電纜的熱傳遞方式包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流及熱輻射三種方式。其中，存在熱源的二維穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的熱傳導(dǎo)控制方程為：

(5)

結(jié)合質(zhì)量守恒定律，引入Boussinesq假設(shè)，應(yīng)用Fourier定律，可得自然對(duì)流控制方程為：

(6)

根據(jù)斯特藩定律，熱輻射傳熱量φ可表示為：

(7)

式中，T為溫度變量，單位為℃；κ、κ1為相應(yīng)材料、流體的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m·K)；qv為體積發(fā)熱率，單位為W/m3；u、v分別為x軸、y軸方向上點(diǎn)(x,y)處空氣流速分量，單位為m/s；T1和T2為兩材料表面溫度，單位為 K；A1為材料表面積，單位為m2；σ為斯特藩常量，單位為W/(m2·K4)；ε1為材料的有效熱輻射率。

3.1.2 損耗計(jì)算

電纜溝敷設(shè)電纜時(shí)溫度場(chǎng)的熱源為電纜損耗。電纜損耗主要包括線芯電流產(chǎn)生的線芯損耗、電纜絕緣泄漏電流引起的絕緣介質(zhì)損耗、金屬護(hù)套環(huán)流損耗和渦流損耗[4]，以上損耗可根據(jù)如下數(shù)學(xué)式計(jì)算。

單位長(zhǎng)度電纜的線芯損耗Wc及絕緣介質(zhì)損耗Wd的計(jì)算表達(dá)式分別為：

(8)

(9)

式中，Ic為電纜線芯電流，單位為 A；R′c為單位長(zhǎng)度電纜線芯給定溫度時(shí)的直流電阻，單位為 Ω/m；ys、yp分別為線芯趨膚效應(yīng)系數(shù)、鄰近效應(yīng)系數(shù)；f為電纜電流頻率，單位為Hz；C為單位長(zhǎng)度電纜的電容，單位為 F/m；U0為電纜相電壓，單位為 V；tanδ為電纜絕緣的損耗系數(shù)。

由于電纜金屬護(hù)套損耗Ws與線芯電流平方成正比，故電纜金屬護(hù)套損耗為：

Ws=(λ′1+λ′2)Wc

(10)

式中，λ′1、λ′2分別為金屬護(hù)套環(huán)流損耗系數(shù)和渦流損耗系數(shù)。其中，電纜金屬護(hù)套環(huán)流損耗系數(shù)可在金屬護(hù)套環(huán)流損耗的基礎(chǔ)上得到，金屬護(hù)套渦流損耗系數(shù)則參考IEC-60287 標(biāo)準(zhǔn)[4]計(jì)算。

3.2 線芯載流量計(jì)算

在電纜溝敷設(shè)電纜時(shí)溫度場(chǎng)的有限元數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)上，本文根據(jù)電纜金屬護(hù)套(或線芯)實(shí)際長(zhǎng)期工作最高允許溫升，提出了一種考慮環(huán)流影響的電纜線芯載流量迭代計(jì)算方法。

為獲得電纜金屬護(hù)套(或線芯)的實(shí)際長(zhǎng)期工作最高允許溫度，首先對(duì)無(wú)環(huán)流時(shí)電纜溝敷設(shè)的電纜進(jìn)行溫度場(chǎng)有限元數(shù)值仿真和求解，當(dāng)三相電纜線芯上最高溫度接近其長(zhǎng)期工作最高允許溫度90 ℃[18]時(shí)，將此時(shí)三相電纜金屬護(hù)套(或線芯)上最高溫度視為金屬護(hù)套(或線芯)實(shí)際長(zhǎng)期工作最高允許溫度。

不同大小環(huán)流影響下的電纜線芯載流量計(jì)算可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行，即在維持三相電纜金屬護(hù)套(或線芯)最高溫度近似為其實(shí)際長(zhǎng)期工作最高允許溫度不變的前提下，建立電纜溝敷設(shè)下電纜仿真模型，對(duì)不同大小環(huán)流影響下的電纜線芯載流量進(jìn)行溫度場(chǎng)有限元數(shù)值仿真和計(jì)算，可得到不同大小環(huán)流影響下的線芯載流量。考慮環(huán)流影響時(shí)電纜溝敷設(shè)運(yùn)行工況下電纜載流量有限元計(jì)算流程如圖2所示。

圖2 環(huán)流影響下電纜溝敷設(shè)電纜載流量計(jì)算流程圖Fig.2 Flow chart of calculation of currents of cable under influence of circulating currents

4 考慮環(huán)流影響的電纜溫度場(chǎng)及載流量計(jì)算實(shí)例

4.1 有限元計(jì)算模型及實(shí)施過程

本文以圖3所示的某工程電纜溝敷設(shè)電纜為例進(jìn)行計(jì)算。具體電力電纜為127/220 kV的YJLW03-Z 1 mm×2 500 mm，電纜幾何參數(shù)見表1。溫度場(chǎng)計(jì)算采用Ansys Workbench軟件。為簡(jiǎn)化仿真和計(jì)算過程，溫度場(chǎng)物理模型只包括電纜溝內(nèi)空氣包圍的六條電纜。而且，為避免電纜中導(dǎo)體屏蔽層和絕緣屏蔽層兩個(gè)薄層影響電纜模型網(wǎng)格的正常剖分，建立溫度場(chǎng)物理模型時(shí)，將電纜導(dǎo)體屏蔽層和絕緣屏蔽層合并到XLPE絕緣層。最終建立了圖4所示的溫度場(chǎng)有限元計(jì)算模型，圖5為有限元計(jì)算所用的剖分圖，溫度場(chǎng)計(jì)算時(shí)各區(qū)域的媒質(zhì)特性參數(shù)見表2。

圖3 電纜溝敷設(shè)電纜示意圖Fig.3 Schematic diagram of channel cable arrangement

表1 電纜幾何參數(shù)Tab.1 Geometric parameters of cable

圖4 溫度場(chǎng)物理模型示意圖Fig.4 Schematic diagram of physical model of temperature field

圖5 求解域網(wǎng)格剖分示意圖Fig.5 Schematic diagram of finite element mesh

表2 媒質(zhì)的特性參數(shù)Tab.2 Constitutive parameters of materials

由于圖4所示的溫度場(chǎng)物理模型中電纜外邊界與空氣存在對(duì)流換熱，因此該邊界為對(duì)流換熱邊界。根據(jù)工程實(shí)例中電纜溝空氣溫度測(cè)量值，設(shè)置各電纜周圍環(huán)境溫度，此外，設(shè)置自然對(duì)流傳熱系數(shù)為2 W/(m2·K)。

4.2 仿真結(jié)果及分析

4.2.1 環(huán)流影響下電纜溫度場(chǎng)

在線芯上施加實(shí)際工程中最大允許負(fù)荷電流1 578 A且不施加金屬護(hù)套環(huán)流，通過二維穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)有限元仿真及計(jì)算，可得電纜群、A相電纜溫度分布分別如圖6和圖7所示。

圖6 無(wú)環(huán)流時(shí)電纜群溫度場(chǎng)分布示意圖Fig.6 Schematic diagram of temperature distribution of cable system without circulating current

圖7 無(wú)環(huán)流時(shí)A相電纜溫度場(chǎng)分布示意圖Fig.7 Schematic diagram of temperature field distribution of phase A cable without circulating current

由圖6和圖7溫度場(chǎng)的分布可知，當(dāng)線芯電流為實(shí)際工程中最大允許負(fù)荷電流1 578 A且金屬護(hù)套上不施加環(huán)流時(shí)，A相、B相、C相線芯最高溫度不同，分別為89.793 ℃、88.293 ℃和86.794 ℃，這是因?yàn)殡娎|溝內(nèi)三相電纜敷設(shè)位置不同，即三相電纜所在位置與電纜溝距離不同，使得三相電纜散熱條件不同，其中A相電纜散熱條件最差，B相電纜散熱條件次之，C相電纜散熱條件最好。因此三相電纜線芯最高溫度為89.793 ℃，金屬護(hù)套最高溫度為73.275 ℃，其中線芯的最高溫度接近導(dǎo)體的長(zhǎng)期工作最高允許溫度90 ℃[18]。

在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步研究環(huán)流大小對(duì)電纜溫度的影響規(guī)律，在維持線芯電流為實(shí)際工程中最大允許負(fù)荷電流1 578 A不變時(shí)，金屬護(hù)套環(huán)流分別取線芯電流的5%、10%、15%、20%、25%和30%，據(jù)此計(jì)算出金屬護(hù)套環(huán)流損耗，以熱載荷的形式將對(duì)應(yīng)的體積熱加載到電纜金屬護(hù)套各單元上，進(jìn)行溫度場(chǎng)有限元計(jì)算。電纜金屬護(hù)套環(huán)流與線芯最高溫度的關(guān)系曲線如圖8所示，環(huán)流為10%、20%、30%線芯電流時(shí)電纜溝敷設(shè)電纜溫度場(chǎng)分布示意圖分別如圖9～圖11所示。

圖8 電纜金屬護(hù)套環(huán)流與線芯最高溫度關(guān)系曲線Fig.8 Cable metal sheath circulating current versus core maximum temperature

圖9 環(huán)流為10%線芯電流時(shí)電纜群溫度場(chǎng)分布示意圖Fig.9 Schematic diagram of temperature field distribution of cable system when circulating current is 10% of core current

圖10 環(huán)流為20%線芯電流時(shí)電纜群溫度場(chǎng)分布示意圖Fig.10 Schematic diagram of temperature field distribution of cable system when circulating current is 20% of the core current

圖11 環(huán)流為30%線芯電流時(shí)電纜群溫度場(chǎng)分布示意圖Fig.11 Schematic diagram of temperature field distribution of cable system when circulating current is 30% of core current

由圖8～圖11可知，當(dāng)維持線芯電流為1 578 A不變，金屬護(hù)套環(huán)流分別取線芯電流的10%、20%和30%時(shí)，三相電纜線芯溫度最大值分別為91.169 ℃、95.296 ℃和102.170 ℃，則相比于無(wú)環(huán)流運(yùn)行工況，上述環(huán)流影響下的三相電纜線芯溫度的最大值分別上升了1.376 ℃、5.503 ℃和12.377 ℃。

由以上結(jié)果可知，當(dāng)金屬護(hù)套環(huán)流增大時(shí)，電纜線芯溫度隨之增大。這是因?yàn)榻饘僮o(hù)套環(huán)流的增加會(huì)導(dǎo)致電纜金屬護(hù)套中由環(huán)流引起的電阻損耗增加，從而使得電纜群線芯溫度升高。同時(shí)，隨著電纜金屬護(hù)套環(huán)流的增大,電纜金屬護(hù)套環(huán)流對(duì)電纜線芯溫度的影響作用顯著增加，特別是當(dāng)金屬護(hù)套環(huán)流大小達(dá)到線芯電流的30%時(shí)，相比于無(wú)環(huán)流運(yùn)行工況，電纜線芯溫升高達(dá)12.377 ℃，此時(shí)電纜內(nèi)部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過導(dǎo)體的長(zhǎng)期工作最高允許溫度90 ℃[18]的限值。若電纜在此高溫下持續(xù)工作，不僅會(huì)加快電纜絕緣熱老化過程，降低電纜絕緣層絕緣水平，從而擊穿電纜絕緣層，降低電纜可靠性并影響電纜自身壽命，甚至還會(huì)造成電纜護(hù)層破損放電，并可能引發(fā)外護(hù)套火災(zāi)，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定造成一定威脅。

4.2.2 環(huán)流影響下電纜載流量分析與計(jì)算

前述環(huán)流影響下電纜載流量有限元計(jì)算需要在電纜金屬護(hù)套(或線芯)的實(shí)際長(zhǎng)期工作最高允許溫度已知的基礎(chǔ)上進(jìn)行，因此首先需要根據(jù)如圖6、圖7所示的當(dāng)線芯施加工程中最大允許負(fù)荷電流1 578 A、金屬護(hù)套上不施加環(huán)流時(shí)的電纜溫度場(chǎng)有限元仿真云圖，得到金屬護(hù)套(或線芯)實(shí)際長(zhǎng)期工作最高允許溫度。由于該工況下三相電纜線芯上最高溫度89.793 ℃接近導(dǎo)體的長(zhǎng)期工作最高允許溫度90 ℃[18]，故可將此時(shí)線芯最高溫度89.793 ℃視為線芯實(shí)際長(zhǎng)期工作的最高允許溫度，將三相電纜金屬護(hù)套最高溫度73.275 ℃視為金屬護(hù)套實(shí)際長(zhǎng)期工作的最高允許溫度。

在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步研究環(huán)流大小對(duì)電纜線芯載流量的影響規(guī)律，本文又分別在維持三相電纜線芯最高溫度近似為89.793 ℃不變和維持三相電纜金屬護(hù)套最高溫度近似為73.275 ℃不變的前提下，根據(jù)圖2所示的電纜載流量有限元計(jì)算流程圖，在Ansys Workbench軟件中分別計(jì)算環(huán)流取線芯電流的5%、10%、15%、20%、25%和30%時(shí)的電纜線芯載流量。維持三相電纜線芯(或金屬護(hù)套)最高溫度不變時(shí)電纜金屬護(hù)套環(huán)流與線芯載流量標(biāo)幺值(無(wú)環(huán)流時(shí)線芯載流量1 578 A為基值)的關(guān)系曲線分別如圖12、圖13所示，且維持三相電纜金屬護(hù)套最高溫度不變時(shí)環(huán)流為10%、20%、30%線芯電流情況下，電纜線芯施加圖13所示對(duì)應(yīng)載流量時(shí)A相電纜溫度分布示意圖分別如圖14～圖16所示。

圖12 維持三相電纜線芯最高溫度不變時(shí)電纜金屬護(hù)套環(huán)流與載流量標(biāo)幺值關(guān)系曲線Fig.12 Cable metal sheath circulating current versus cable current under constant maximum three-phase cable core temperature

圖13 維持三相電纜金屬護(hù)套最高溫度不變時(shí)電纜金屬護(hù)套環(huán)流與載流量標(biāo)幺值關(guān)系曲線Fig.13 Cable metal sheath circulating current versus cable current under constant maximum three-phase cable metal sheath temperature

圖14 三相電纜金屬護(hù)套最高溫度不變、環(huán)流為10%線芯電流時(shí)A相電纜溫度分布示意圖Fig.14 Temperature distribution of A phase cable when circulating current is 10% of core current under constant maximum three-phase cable metal sheath temperature

圖15 三相電纜金屬護(hù)套最高溫度不變、環(huán)流為20%線芯電流時(shí)A相電纜溫度分布示意圖Fig.15 Temperature distribution of A phase cable when circulating current is 20% of core current under constant maximum three-phase cable metal sheath temperature

圖16 金屬護(hù)套最高溫度不變、環(huán)流為30%線芯電流時(shí)A相電纜溫度分布示意圖Fig.16 Temperature distribution of A phase cable when circulating current is 30% of core current under cconstant maximum three-phase cable metal sheath temperature

由圖12可知，當(dāng)金屬護(hù)套環(huán)流大小分別取線芯電流的10%、20%和30%時(shí)，維持三相電纜線芯最高溫度近似為其實(shí)際長(zhǎng)期工作最高允許溫度89.793 ℃不變的前提下，相比于無(wú)環(huán)流運(yùn)行工況，仿真計(jì)算出的電纜溝敷設(shè)方式下電纜線芯載流量分別下降了1.33%、4.94%和10.20%。由圖14～圖16可知，當(dāng)環(huán)流大小分別取線芯電流的10%、20%和30%時(shí)，維持三相電纜金屬護(hù)套最高溫度近似為其實(shí)際長(zhǎng)期工作最高允許溫度73.275 ℃不變的前提下，仿真計(jì)算出的電纜線芯載流量分別為1 545 A、1 470 A和1 355 A，相比于無(wú)環(huán)流運(yùn)行工況，上述環(huán)流影響下的電纜線芯載流量分別下降了2.09%、6.84%和14.13%。

由此可知，當(dāng)金屬護(hù)套環(huán)流增大時(shí)，線芯載流量隨之降低。這是因?yàn)榻饘僮o(hù)套環(huán)流的增加會(huì)導(dǎo)致電纜溫度升高，從而降低電纜線芯載流量。同時(shí)，隨著電纜金屬護(hù)套環(huán)流的增大,電纜金屬護(hù)套環(huán)流對(duì)電纜線芯載流量的影響作用顯著增加。特別是環(huán)流大小達(dá)到線芯電流的30%時(shí)，相比于無(wú)環(huán)流運(yùn)行工況，在維持三相電纜線芯(或金屬護(hù)套)最高溫度不變前提下電纜線芯載流量下降比例高達(dá)10.20%和14.13%。較小的載流量將降低電纜傳輸電能的能力，影響電纜線芯材料利用率，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。

進(jìn)一步比較圖12、圖13可知，相比于維持三相電纜線芯最高溫度不變，同一環(huán)流影響下維持三相電纜金屬護(hù)套最高溫度不變時(shí)計(jì)算出的線芯載流量更低，環(huán)流對(duì)線芯載流量的影響作用更顯著，對(duì)電纜經(jīng)濟(jì)性的影響更大。因此在實(shí)際工程中考慮環(huán)流對(duì)線芯載流量的影響時(shí)，可主要研究維持三相電纜金屬護(hù)套最高溫度不變時(shí)不同環(huán)流影響下的線芯載流量。

鑒于此，為避免過大的環(huán)流造成電纜溫升過高、線芯載流量降低過多，在電力電纜設(shè)計(jì)施工、運(yùn)行維護(hù)過程中，應(yīng)注意避免金屬護(hù)套中產(chǎn)生較大環(huán)流，并采取有效措施盡量減小金屬護(hù)套環(huán)流，從而提高電纜線路的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

本文在分析電纜金屬護(hù)套環(huán)流的計(jì)算理論及溫度場(chǎng)、載流量的有限元計(jì)算模型和方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際對(duì)環(huán)流影響下的電纜溫度場(chǎng)仿真模型進(jìn)行了研究，在維持三相電纜線芯(或金屬護(hù)套)最高溫度不變，對(duì)環(huán)流影響下線芯載流量進(jìn)行了仿真計(jì)算，研究了不同大小環(huán)流對(duì)電纜溫度場(chǎng)和載流量的定量影響規(guī)律。仿真計(jì)算結(jié)果表明，金屬護(hù)套環(huán)流的增大將導(dǎo)致電纜溫度升高，線芯載流量降低。同時(shí)，隨著電纜金屬護(hù)套環(huán)流的增大,電纜金屬護(hù)套環(huán)流對(duì)電纜溫度及載流量的影響作用顯著增加。而且，相比于維持三相電纜線芯最高溫度不變，同一環(huán)流影響下維持三相電纜金屬護(hù)套最高溫度不變時(shí)計(jì)算出的線芯載流量更低。本文建立的電纜溫度場(chǎng)及載流量仿真模型，計(jì)及了工程上允許施加的最大負(fù)荷電流、電纜溝內(nèi)實(shí)際空氣溫度及電纜溝內(nèi)敷設(shè)情況等諸多工程因素，充分結(jié)合了工程中高壓電力電纜的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，具備較強(qiáng)的實(shí)際意義，為保障電纜在工程實(shí)際中的長(zhǎng)期安全高效運(yùn)行提供了一定的理論指導(dǎo)。