海缆热循环试验回路电流计算

庞明明 吉小振 赵磊 吴耿博 凌林军

摘要：本文主要针对海缆型式和预鉴定试验时其加热电流的大小进行计算，建立海缆热路模型，根据热路模型列出求解微分方程组，解微分方程组，求出加热电流。

关键词：500kV海缆结构;海缆热路模型;热路微分方程组;海缆导体温度;

引言

高压电缆热循环电压试验采用导体电流加热的方法，按照标准规定试验过程每个循环周期至少加热8小时，电缆导体加热至规定温度范围并保持至少2小时，随后将自然冷却16小时。

电缆的热循环试验一般采用感应电流使导体发热，并在规定时间内使导体达到一定的温度范围，一般以XPEL作为绝缘介质的电缆为90℃，本文基于电缆的热路模型建立微分热路方程，通过对电缆热循环暂态过程的分析对热循环电流进行估算。

1 热路模型与热路微分方程

海缆由不同的材料护层组成，其温度场为延海缆径向分布，当忽略海缆的铠装层损耗和介质损耗时，在土壤中海缆的集中参数等效模型为图1所示：

根据海缆的等值热路模型可以得出热路微分方程为：

热容参数由下式求得：

2  参数计算

由于500kV，1×3000mm?的直流海底电缆暂无生产，本文參照单芯500kV，2500mm?的路缆的相关参数及电缆的有关设计手册对1×3000mm?的海缆进行参数估计。

对于分割导体1×3000mm?电缆的导体外径计算为67.9mm。

按照500kV电压等级，XLPE材料的绝缘厚度理论计算值约为31mm，为增加绝缘可靠性，本文按照35mm进行计算。

交联聚乙烯海缆敷设时要抗拉，并且在海底敷设要防渗水及腐蚀，一般海缆采用钢丝铠装，外护套为铅护套，本文中对1×3000mm?的海缆铠装层估计厚度为5mm，铅护套厚度为15mm。结合表1中1×2500mm?XLPE电缆物理参数，对1×3000mm?XLPE绝缘的海缆参数估计如表2.

热容是通过各材料的热容系数计算而得。

3  计算及结论

对海缆施加4000A电流的计算结果曲线见图2，计算时将W（t）考虑为导体最高温度下的恒定热源简化计算。

从图2可以看出在t=5.5h时，海缆导体温度将达到90℃，可满足热循环试验要求。

根据以上计算理论，在舟山柔直配套试验能力建设项目中，分别对不同截面海缆的加热电流进行计算，根据计算结果进行设备选择。

参考文献：

[1] 杨黎明.杨荣凯.罗俊华.  220kV XLPE电缆系统的预鉴定（PQ）试验

[2] 马国栋.电线电缆载流量[M].北京：中国电力出版社，2003.10，第一版

[3] GBZ18890.1-2002  第1部分：额定电压220kV交联电缆试验方法和要求