一种土壤直埋电缆群载流量计算方法及装置与流程

1.本发明涉及电缆载流量计算技术领域，具体涉及一种土壤直埋电缆群载流量计算及装置。


背景技术：

2.为了缓解电力输送需求高速增长但新建电能输送走廊日益困难的现状，集群化敷设方式在新建电缆线路中的使用越发广泛。现有研究计算集群敷设电缆导体温度分布时往往假设电缆群中各电缆负荷相同或人为设定负荷数值，缺乏将集群敷设电缆真实负荷分配情况作为输入量引入集群敷设电缆热评估计算的探索，现有研究提出的集群敷设电缆载流量计算模型精度不足。
3.应用iec60287求解土壤直埋电缆群的载流量时，往往需要预先估算电缆群中各电缆的散热功率，而电缆散热功率设定的准确性直接影响电缆载流量计算结果的精度，这种初值预估的不确定性会给电缆的稳态热评估带来一定误差，而电缆的稳态热评估关系到电缆的安全使用问题。且iec60287在计算直埋敷设集群电缆载流量时主要考虑其他电缆对目标电缆的热影响，将热相关电缆对目标电缆的影响表征为在目标电缆表面引起的温升。实际过程中，目标电缆和热相关电缆间的热作用是相互的，目标电缆及热相关电缆的散热量都会随着导体温度的变化而变化，在电缆稳态热评估过程中只考虑热相关电缆对目标电缆的影响而忽略电缆间互热作用对热相关电缆散热量的影响势必会给计算结果带来误差。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术所存在的至少一技术问题，本发明提供一种土壤直埋电缆群载流量计算方法及装置，以较为准确地获得电缆导体温度计算结果，保障电缆的安全使用。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.第一方面，本发明提供一种土壤直埋电缆群载流量计算方法，包括：
7.s1、输入土壤直埋敷设集群电缆结构参数和电缆本体热物性参数；
8.s2、根据电缆本体热物性参数计算得到多回路排管电缆中第p根电缆的导体由自身发热而产生的温升δθ
pp
；
9.s3、计算由第k根电缆热作用而引起的第p根电缆额外的温升δθ
pk
；
10.s4、基于步骤s1-s3，建立起土壤直埋电缆群的导体温度和功率损耗的表征关系矩阵；
11.s5、预先设定电缆群中各电缆的损耗功率时按照导体处于最高允许运行温度时计算，利用上述导体温度和功率损耗的表征关系矩阵迭代计算获得土壤直埋电缆群的导体稳态温度状态量输出。
12.进一步地，在步骤s1中，所述电缆结构参数包括电缆的外径de；所述电缆本体热物性参数包括电缆导体在90℃时的散热量wc、电缆的绝缘层介质损耗wi、电缆的金属套屏蔽损
耗wm、电缆铠装损耗相对于所有导体总损耗的比率λ2、电缆的绝缘层热阻t1、电缆的内衬层热阻t2、电缆的外护层热阻t3以及以及电缆外部环境热阻t4。
13.进一步地，步骤s2中，所第p根电缆的导体由自身发热而产生的温升δθ
pp
通过如下方式计算而得：
14.δθ
pp
＝a
ppwpc
c
p
[0015][0016]
式中，下标p代表的是第p根电缆，
ɑ
pp
表示第p根电缆本体产生的功率损耗与温升的关系；c
p
与第p根电缆的结构型号有关，称c
p
为第i根电缆的型号标量。
[0017]
进一步地，步骤s3中，所述第p根电缆额外的温升δθ
pk
通过如下方式计算而得：
[0018]
δθ
pk
＝a
pkwkc
[0019][0020]
δθ
p
＝a
p1w1c

…appwpc

…apjwjc

…apnwnc
c
p
[0021]
式中，d
pk
和d
′
pk
分别为第p根电缆的中心至第k根电缆中心距离和第p根电缆中心至第k根电缆在大地—空气的镜像中心距离，ρ
t
为土壤的热阻系数。
[0022]
进一步地，步骤s4中，所述土壤直埋电缆群的导体温度和功率损耗的表征关系矩阵为：
[0023][0024][0025]
式中，a为电缆群自热系数和互热系数矩阵，w为电缆群损耗功率矩阵，c为电缆群型号参数矩阵，δθ为电缆群温升矩阵。
[0026]
进一步地，步骤s5中，所述利用上述导体温度和功率损耗的表征关系矩阵迭代计算获得土壤直埋电缆群的导体稳态温度状态量输出包括：
[0027]
利用步骤s2计算得到电缆群中每根电缆的导体温度作为迭代的初值，利用步骤s3-s4求解的电缆群导体温度迭代初值计算对应温度条件下电缆群中各电缆的损耗功率，将求得电缆的损耗功率带入步骤s2计算得到电缆群中每根电缆导体温度的第二次迭代结果，重复上述计算过程直至两次相邻迭代计算得到的电缆导体温度结果间误差满足要求，则认为迭代收敛，最后一次的迭代结果即为考虑互热效应下土壤直埋电缆群的稳态温度状态量输出。
[0028]
进一步地，所述电缆结构参数和电缆本体热物性参数根据电缆的型号以及各回路电缆的负荷大小来获得。
[0029]
第二方面，本发明提供一种土壤直埋电缆群载流量计算装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计
算机程序时实现如上任一所述方法的步骤。
[0030]
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一所述方法的步骤。
[0031]
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
[0032]
本发明充分考虑了电缆间的相互热影响对电缆导体温度的影响，从而更加贴合实际情况下多回路电缆导体温度的计算，能够获得更加准确的计算结果。
附图说明
[0033]
图1为本发明实施例1提供的土壤直埋电缆群载流量计算方法的流程图；
[0034]
图2为本发明实施例1的双回路土壤直埋电缆仿真模型示意图；
[0035]
图3为本发明实施例21提供的土壤直埋电缆群载流量计算装置的组成示意图。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0037]
实施例1：
[0038]
参阅图1所示，本实施例提供的土壤直埋电缆群载流量计算方法主要包括如下步骤：
[0039]
步骤s1，根据所述电缆的型号以及各回路电缆的负荷大小获取所述电缆的外径de、电缆导体在90℃时的散热量wc、电缆的绝缘层介质损耗wi、电缆的金属套屏蔽损耗wm、电缆铠装损耗相对于所有导体总损耗的比率λ2、电缆的绝缘层热阻t1、电缆的内衬层热阻t2、电缆的外护层热阻t3以及电缆外部环境热阻t4；
[0040]
上述参数可根据电缆的型号利用iec60287或jb/t10181标准计算得到。
[0041]
步骤s2，根据电缆本体热物性参数、外部环境热阻计算得到多回路排管电缆中第p根电缆的导体由自身发热而产生的温升δθ
pp
，其中a
pp
和c
p
的计算方法如下式所示。：
[0042]
δθ
pp
＝a
ppwpc
c
p
[0043][0044]
式中，下标p代表的是第p根电缆，
ɑ
pp
表示第p根电缆本体产生的功率损耗与温升的关系；c
p
与第p根电缆的结构型号有关，称c
p
为第i根电缆的型号标量。
[0045]
步骤s3，计算由第k根电缆热作用而引起的第p根电缆额外的温升δθ
pk
。则对于第p根电缆，考虑电缆间互热效应后导体相对于环境的稳态温升δθ
p
计算公式如下所示。
[0046]
δθ
pk
＝a
pkwkc
[0047][0048]
δθ
p
＝a
p1w1c

…appwpc

…apjwjc

…apnwnc
c
p
[0049]
式中，d
pk
和d
′
pk
分别为第p根电缆的中心至第k根电缆中心距离和第p根电缆中心至第k根电缆在大地—空气的镜像中心距离，ρ
t
为土壤的热阻系数。
[0050]
步骤s4，基于步骤s1-s3，建立起土壤直埋电缆群的导体温度和功率损耗的表征关
系，其矩阵形式和具体展开形式如下式所示：
[0051][0052][0053]
式中，a为电缆群自热系数和互热系数矩阵，w为电缆群损耗功率矩阵，c为电缆群型号参数矩阵，δθ为电缆群温升矩阵。
[0054]
步骤s5，预先设定电缆群中各电缆的损耗功率时按照导体处于最高允许运行温度时计算，利用步骤s2计算得到电缆群中每根电缆的导体温度作为迭代的初值，利用步骤s3-s4求解的电缆群导体温度迭代初值计算对应温度条件下电缆群中各电缆的损耗功率，将求得电缆的损耗功率带入步骤s2计算得到电缆群中每根电缆导体温度的第二次迭代结果，重复上述计算过程直至两次相邻迭代计算得到的电缆导体温度结果间误差满足要求，则可以认为迭代收敛，最后一次的迭代结果即为考虑互热效应下土壤直埋电缆群的稳态温度状态量。
[0055]
为了验证上述种土壤直埋电缆群载流量计算方法的效果，选用以110kv yjlw031
×
500mm2的电缆为例，以工程实际中高压电缆常用的2
×
3双回路土壤直埋电缆群为例来计算说明并建立仿真模型，双回路土壤直埋电缆群几何模型如图2所示；电缆的结构参数如表1所示；相邻电缆表面间的距离设置为0.1m。土壤的导热系数设置为0.5w/m
·
k，深层土壤环境温度设置为30℃，地表空气温度和环境对流散热系数分别设置为25℃和7.5w/m
·
k。
[0056]
表1 110kv电缆结构参数
[0057][0058]
通过本实施例的一种土壤直埋电缆群载流量计算方法分别计算了双回路电缆负i＝300、400、500、600时，对应的最热根电缆导体温度值与有限元结果进行对比，如表2所示。
[0059]
表2直埋敷设集群电缆导体温度理论计算结果和仿真计算结果的对比
digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器32还可以既包括所述基于土壤直埋电缆群载流量计算装置的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器32用于存储所述计算机程序以及所述基于土壤直埋电缆群载流量计算装置所需的其他程序和数据。所述存储器32还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0068]
实施例3：
[0069]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤。
[0070]
所示计算机可读介质可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理再以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0071]
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。