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东营干式变压器电缆实时导体温度计算与载流量预测探究

文章出处:http://dongying.3dcoo.com   责任编辑:东营变压器厂   发布时间:2019-10-14    点击数:58   【
东营干式变压器电缆实时导体温度计算与载流量预测探究

沈阳工业大学信息科学与工程学院的研究人员赵柏山,王庆祝,在2017年第3期《电气技术》杂志上撰文指出,东营干式变压器电缆导体的实时温度是东营干式变压器电缆是否达到载流量的判断依据。为了计算东营干式变压器电缆的温度场,相关研究人员采用过数值分析、解析计算、试验和温度在线监测等方法。

本文在构建东营干式变压器电缆动态热路模型的基础上,结合敷设环境等条件,借助 MATLAB 软件求得动态热路微分方程组的数值解,得到东营干式变压器电缆温度场的实时分布情况,并预测出不同条件下东营干式变压器电缆的可承受载流量。根据该方法也可以得到在施加阶跃东营干式变压器电流作用下的东营干式变压器电缆温度场的实时分布情况,并且可以计算出导体达到指定温度所需要的时间。

分析结果表明,本文方法不仅可以计算东营干式变压器电缆的实时温度场和可承受载流量,还能够合理推算导体温升的时间,对相关工程实践有重要的参考意义。

东营干式变压器电缆额定载流量的计算公式是国际电工委员会(IEC)根据国际大电网会议(ICGRE)1964年的报告于1982年所指定的东营干式变压器电缆额定载流量(load=1负荷因数)计算标准。随后对该标准经过一代人修改和增补,形成了现阶段的 IEC60287 标准和暂态载流量的 IEC 60853 标准。这也是目前大部分国家采用的东营干式变压器电缆载流量计算标准。

供电线路的东营干式变压器电缆未必都是一直处于额定负荷工作状态,可以利用东营干式变压器电缆未达到额定温升前一段时间,在有限的时间内,施加一个超过额定负荷的东营干式变压器电流值,使东营干式变压器电缆温升达到但不超过最高允许温度。这就为东营干式变压器电缆动态增容提供了条件。

研究东营干式变压器电缆载流量和温度场的主要方法都是基于 IEC 60287 和 IEC60853 给出的热路模型进行计算[1-6],后续研究人员分别采用了有限容积、有限差分和有限元等经典数值分析方法对各类复杂条件下的东营干式变压器电缆载流量与温度场分布情况进行了研究[7-11],也有一些研究人员和相关部门分别采用东营干式变压器电缆表面温度在线监测的方法来研究东营干式变压器电缆动态增容[12-16]和实验的方法来确定东营干式变压器电缆的实际载流量[16-20]。

目前关于东营干式变压器电缆导体温度实时计算的研究大都建立在已知东营干式变压器电缆导体外皮温度的基础上,再根据东营干式变压器电缆各层结构参数反推导体内部的温度。本文无需将东营干式变压器电缆外皮温度作为已知条件,只根据环境条件与施加东营干式变压器电流的变化直接计算得出东营干式变压器电缆温度场分布,这对东营干式变压器电缆载流量的预测与东营干式变压器电缆动态增容都有重要意义。

本文以 64/110kV YJLW02 630mm2 型号电力东营干式变压器电缆为研究对象,针对不同敷设方式编写大量 MATLAB 程序,对东营干式变压器电缆在固定东营干式变压器电流负荷与阶跃东营干式变压器电流负荷作用下,东营干式变压器电缆各层的温度进行仿真计算,主要分析了导体和外皮温度随时间变化的响应曲线,并对每种条件下东营干式变压器电缆温升达到最高允许温度时施加的最大东营干式变压器电流负荷进行预测。同时将计算得到的结果与改进的 IEC 算法和 IEC 标准算法结果进行对比,验证了该方法的准确性与实用性。

图2 110kV XLPE东营干式变压器电缆暂态热路模型

结论

文献[16]-文献[20]对改进IEC算法做了大量的实验,将实验数据与理论计算值进行对比分析,得出利用改进IEC算法计算载流量误差很小,而本文方法理论计算值与改进IEC方法计算值基本一致,这就验证了方法的可靠性。

利用本文的方法,可以对东营干式变压器电缆表面温度数据和东营干式变压器电缆导体温度数据进行实时计算,将计算结果与实验监测结果进行对比分析,得到东营干式变压器电缆的可靠动态载流量。也可以预测在东营干式变压器电流突变后,东营干式变压器电缆表皮温度数据和东营干式变压器电缆导体温度数据的动态变化范围,并推算达到最高允许温度所需时间,这对监测东营干式变压器电缆运行状态有重要意义。

1)IEC 60287标准计算得到的额定载流量过于保守,并未充分利用东营干式变压器电缆的性能,造成了资源的浪费,可以在保证安全的基础上适当提高载流量。

2)改进的IEC算法计算环境热阻时以环境温度、东营干式变压器电缆表面温度和铝护套温度为计算依据,而本文环境热阻的计算以环境温度,敷设方式和东营干式变压器电缆排列方式为依据,不需使用东营干式变压器电缆外皮温度与铝护套温度的实时监测数据,与改进算法比较,在误差十分接近的情况下,减小了工作量;与IEC标准算法比较,大大提高了计算温度场的准确度。

3)本文东营变压器厂家方法计算导体与东营干式变压器电缆外皮的实时温度准确可靠,可以作为在线监测的依据;根据该方法计算的实际载流量与达到固定温度所需要的时间,在实际应用中能够进行不同条件下载流量的预测,有助合理优化运行负荷。

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