35kV三芯交流XLPE電纜改直流運(yùn)行的溫度場(chǎng)和電場(chǎng)耦合分析.pdf

1、為了從理論上驗(yàn)證三芯交流電纜改直流運(yùn)行的可行性并確定電纜改造后的電壓等級(jí)和額定電流，針對(duì)電纜直流運(yùn)行時(shí)絕緣層的溫度場(chǎng)和電場(chǎng)進(jìn)行一系列研究。選用配電網(wǎng)典型電力電纜----額定電壓為35kV的YJV43-3×120mm2型三芯交流XLPE電纜進(jìn)行交流電纜改直流雙極運(yùn)行的研究，將電纜視為無(wú)限長(zhǎng)，簡(jiǎn)化電纜結(jié)構(gòu)，搭建了三芯XLPE交流電纜的二維平面模型。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用經(jīng)典熱路法進(jìn)行載流量的解析計(jì)算，得到空氣敷設(shè)溫度為40℃

2、時(shí)電纜載流量的解析計(jì)算結(jié)果297A;采用COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件進(jìn)行電纜穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電熱耦合場(chǎng)的仿真驗(yàn)證，模擬空氣敷設(shè)環(huán)境（空氣溫度為40℃），對(duì)電纜直流運(yùn)行時(shí)的溫度場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)仿真，得到載流量為302.1A;改變環(huán)境溫度，得到不同的載流量，發(fā)現(xiàn)空氣溫度和對(duì)應(yīng)的載流量基本呈線性關(guān)系，溫度每升高1℃，載流量降低3.97A。綜合解析計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果，額定電壓為35kV的YJV43-3×120mm2型三芯交流XLPE

3、電纜直流穩(wěn)態(tài)載流量取為300A。⑵分析了電纜在交流運(yùn)行情況下與直流的運(yùn)行情況下絕緣層電場(chǎng)分布的區(qū)別;對(duì)于XLPE絕緣材料，在70℃下空間電荷開始積累的電場(chǎng)強(qiáng)度閾值約為3～5kV/mm。因此，為了避免絕緣材料中空間電荷的積累，絕緣層中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度要低于閾值范圍3～5kV/mm，電纜空載運(yùn)行時(shí)，需控制外加直流電壓低于±27kV～±45kV。在具體交改直工程中可視原交流電纜運(yùn)行年限及老化程度選擇直流改造后的運(yùn)行電壓。電纜在±30kV直流電壓

4、穩(wěn)定運(yùn)行后疊加210kV反極性雷電沖擊電壓時(shí)，絕緣層上的最大場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到約29.58kV/mm，能夠安全運(yùn)行。考慮一定的裕度以及現(xiàn)有直流電壓等級(jí)，建議35kV的YJV43-3×120mm2型三芯交流XLPE電纜改造為直流運(yùn)行后選取±30kV的額定工作電壓。⑶額定電壓為35kV的YJV43-3×120mm2型三芯交流XLPE電纜在交流運(yùn)行狀態(tài)下載流量約為290A，功率因數(shù)取0.85，最大輸送容量為15MW;改為直流運(yùn)行后，輸送容量擴(kuò)展至18M