高压单芯电缆动态增容的理论分析与实验研究

随着城市经济建设的快速发展，目前高压架空线路的运行已面临输电瓶颈，因此使得现有高压架空线路经常处于满负荷甚至超负荷运行。为解决此问题，近些年来，国内外学者纷纷提出动态增容方式，并对其进行了深入的研究。而与此同时，高压电缆输电线路也在逐步面临这个问题。因此，研究如何对高压电缆输电线路进行动态增容的技术问题显得尤为必要。目前，电缆输电能力主要依据IEC60287标准，并根据电缆的实际运行情况进行计算而确定。而这种方式的计算结果虽然比通过IEC标准计算得到的结果裕度稍大一点，但跟电缆的实际运行能力仍然相差较大，尤其当面对紧急供电需要应急负荷时，该方式得到的电缆运行能力远远不够，也难以提供足够的保证。本文结合广州地区高压电缆运行实际，深入调研了目前国内外提高高压电缆输电能力的方式，并以高压单芯电缆为研究对象，搭建了高压单芯电缆动态增容实验系统；分析了电缆的结构，建立了高压单芯电缆动态增容热路模型，进行了高压单芯电缆实际载流量和可动态增加容量计算公式的理论推导，实现了依据电缆表面温度和实时负荷电流推算导体温度的准确计算，同时对模型的精度进行了详细的分析；分析了影响高压电缆输电能力的因素，对影响高压单芯电缆导体温度(输电能力)的环境热阻和环境温度两个因素进行了局部灵敏度分析，设计了高压单芯电缆(110kV XLPE)土壤直埋、水中敷设、空气敷设三种条件下的阶跃电流温升试验，并分析了不同负荷电流下采集的电缆线芯温度实验数据，发现电缆导体温度的变化受环境热阻和环境温度的变化影响灵敏，在相同负荷电流条件下水中敷设电缆的线芯温度的变化是最低的；分析了负荷变动下高压电缆各层结构的温度响应特性，着重分析了正常负荷、满负荷、过负荷等三种应急负荷变动下，电缆线芯温度随时间变化的响应特性。在此基础上进行了高压电缆短时负荷动态增容实验和应急负荷动态增容实验，计算了电缆的实际载流量和可动态增加的容量，并提出了高压单芯电缆短时负荷动态增容和高压单芯电缆应急负荷动态增容的方法和措施。