海纜熱循環試驗回路電流計算

龐明明 吉小振 趙磊 吳耿博 凌林軍

摘要：本文主要針對海纜型式和預鑒定試驗時其加熱電流的大小進行計算，建立海纜熱路模型，根據熱路模型列出求解微分方程組，解微分方程組，求出加熱電流。

關鍵詞：500kV海纜結構;海纜熱路模型;熱路微分方程組;海纜導體溫度;

引言

高壓電纜熱循環電壓試驗采用導體電流加熱的方法，按照標準規定試驗過程每個循環周期至少加熱8小時，電纜導體加熱至規定溫度范圍并保持至少2小時，隨后將自然冷卻16小時。

電纜的熱循環試驗一般采用感應電流使導體發熱，并在規定時間內使導體達到一定的溫度范圍，一般以XPEL作為絕緣介質的電纜為90℃，本文基于電纜的熱路模型建立微分熱路方程，通過對電纜熱循環暫態過程的分析對熱循環電流進行估算。

1 熱路模型與熱路微分方程

海纜由不同的材料護層組成，其溫度場為延海纜徑向分布，當忽略海纜的鎧裝層損耗和介質損耗時，在土壤中海纜的集中參數等效模型為圖1所示：

根據海纜的等值熱路模型可以得出熱路微分方程為：

熱容參數由下式求得：

2? 參數計算

由于500kV，1×3000mm?的直流海底電纜暫無生產，本文參照單芯500kV，2500mm?的路纜的相關參數及電纜的有關設計手冊對1×3000mm?的海纜進行參數估計。

對于分割導體1×3000mm?電纜的導體外徑計算為67.9mm。

按照500kV電壓等級，XLPE材料的絕緣厚度理論計算值約為31mm，為增加絕緣可靠性，本文按照35mm進行計算。

交聯聚乙烯海纜敷設時要抗拉，并且在海底敷設要防滲水及腐蝕，一般海纜采用鋼絲鎧裝，外護套為鉛護套，本文中對1×3000mm?的海纜鎧裝層估計厚度為5mm，鉛護套厚度為15mm。結合表1中1×2500mm?XLPE電纜物理參數，對1×3000mm?XLPE絕緣的海纜參數估計如表2.

熱容是通過各材料的熱容系數計算而得。

3? 計算及結論

對海纜施加4000A電流的計算結果曲線見圖2，計算時將W（t）考慮為導體最高溫度下的恒定熱源簡化計算。

從圖2可以看出在t=5.5h時，海纜導體溫度將達到90℃，可滿足熱循環試驗要求。

根據以上計算理論，在舟山柔直配套試驗能力建設項目中，分別對不同截面海纜的加熱電流進行計算，根據計算結果進行設備選擇。

參考文獻：

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