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岸电电缆多物理场耦合模型研究及复杂环境实时载流量计算

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岸电电缆多物理场耦合模型研究及复杂环境实时载流量计算

作者：刘恒重庆大学

学位级别：硕士

随着世界各国的经济贸易、文化交流愈加频繁,各国之间往来的船只越来越多,到港船舶对港口城市的环境造成了严重污染,而岸电输电技术可为到港船舶提供清洁能源。为满足港口大功率、分级负荷的要求,船岸交互输电采用高压岸电电缆。岸电电... 详细信息

随着世界各国的经济贸易、文化交流愈加频繁,各国之间往来的船只越来越多,到港船舶对港口城市的环境造成了严重污染,而岸电输电技术可为到港船舶提供清洁能源。为满足港口大功率、分级负荷的要求,船岸交互输电采用高压岸电电缆。岸电电缆裸露敷设于空气中,处于潮湿的港口,受阳光直射,连接时须采用起重机、绕盘等设施,运行时受海风、潮汐晃动的影响。这些特殊使用工况加快了绝缘老化速度,降低了电缆载流能力及使用寿命。此外,岸电电缆受风速、水流速度、太阳辐射等影响较大,电缆温度分布及载流量的计算较复杂,现有IEC 60287标准并未对流速和太阳辐射影响下的电缆载流量进行详细说明,岸电电缆载流量的计算还未形成统一的国际标准或企业标准。因此本文研究适应于港口的岸电电缆多物理场耦合计算模型及复杂环境下岸电电缆温度分布和实时载流量计算方法,为岸电电缆载流量计算标准的修订提供参考。基于上述岸电电缆现状及问题,论文开展工作内容如下:（1）建立岸电电缆电磁-热-流-力多物理场耦合计算模型,分析了各场之间的耦合形式,采用有限元仿真软件进行多物理场求解,并与解析计算方法进行对比,验证了仿真模型的正确性。（2）基于岸电电缆电磁-热-流-力多物理场仿真模型,研究金属护套接地方式、回路数和回路间距对温度分布的影响,对岸电电缆敷设进行优化计算,并研究了环境温度、风速、水流速度和太阳辐射对多回路岸电电缆温度分布的影响规律。（3）基于电缆热平衡方程,提出基于牛顿迭代的岸电电缆实时载流量解析计算方法,并用MATLAB编程实现。采用该方法计算了空气敷设和水中敷设下载流量受环境温度、风速、水速、太阳辐射强度的影响,重点考虑了太阳辐射在水中的传播特性,并研究了不同地区、不同季节下岸电电缆逐小时载流量变化规律;另外,对电缆绝缘进行加速老化实验和拉伸实验,提出基于温度和应力联合约束的电缆载流量计算方法,计算不同气隙放电能下的电缆载流量;最后提出了岸电电缆载流量提升措施。

关键词：岸电电缆多物理场温度太阳辐射实时载流量

10kV岸电电缆电磁-热-力多物理场计算及试验验证

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10kV岸电电缆电磁-热-力多物理场计算及试验验证

作者：郑午重庆大学

学位级别：硕士

为降低船舶靠港产生的污染各国陆续引进岸电输电技术,其中岸电电缆作为岸电供电系统关键设备之一,其良好的电气、机械性能是保证岸电供电系统安全稳定运行的前提。由于长期工作于港口地区,岸电电缆易长时间受到太阳辐射、潮水的涨落等... 详细信息

为降低船舶靠港产生的污染各国陆续引进岸电输电技术,其中岸电电缆作为岸电供电系统关键设备之一,其良好的电气、机械性能是保证岸电供电系统安全稳定运行的前提。由于长期工作于港口地区,岸电电缆易长时间受到太阳辐射、潮水的涨落等环境因素的影响,同时其运输过程易受到拉伸、弯曲、扭转等外力的作用,导致岸电电缆的运行寿命远远小于传统电缆。因此本文研究了在不同环境条件以及典型缺陷下岸电电缆内部多物理场分布的解析计算及数值计算方法,并实时监测岸电电缆表面温度和应变的变化规律,为不同工况下岸电电缆温度、应力分布的预测提供了一定参考。基于岸电电缆发展现状及存在的问题,本文研究内容从以下几方面展开:(1)建立岸电电缆电磁-热-力多物理场耦合计算模型,考虑各物理场的控制方程、相互间作用关系以及岸电电缆金属护套的接地电流,利用现有有限元软件对正常运行状态下的岸电电缆电磁-热-力多物理场进行有限元计算;(2)建立太阳辐射下及浸水状态时的岸电电缆等效热路模型,并采用极坐标下应力平衡方程对其内部热应力分布进行解析计算,同时利用数值计算方法计算岸电电缆内部温度应力分布,对解析计算结果进行验证,并考虑了不同季节、潮汐、表面辐射率等因素对岸电电缆温度应力分布的影响,可借此预测在复杂工况下岸电电缆的温度应力分布;(3)利用有限元法对存在气隙缺陷、铜杂质缺陷时的岸电电缆电场、温度应力场进行计算,并考虑了气隙放电能量、负荷电流、气隙长度等因素对电场、温度应力分布的影响,为岸电电缆寿命评估提供了一定参考依据;(4)利用分布式光纤传感技术对岸电电缆表面温度及应变进行实时监测,并与数值计算方法进行对比,分析了实测值与数值解间存在误差的原因,进而对岸电电缆表面与空气的对流换热系数进行修正,以提高数值计算方法的精确度。

关键词：岸电电缆多物理场太阳辐射潮汐典型缺陷光纤传感技术

岸电电缆绝缘气隙热源等效模型及载流量的影响研究

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智能电网（汉斯） 2019年第5期9卷 209-217页

作者：周波达梁军令柯定芳刘恒朱承志吉振伟国网浙江省电力有限公司浙江杭州山东电工电气集团有限公司山东济南重庆大学输配电装备系统安全与新技术国家重点实验室重庆

岸电电缆的特殊使用工况容易导致电缆绝缘产生裂纹气隙而引起气隙放电,持续的气隙放电会导致局部温升,进而影响岸电电缆载流量。本文采用多物理场耦合分析方法,建立基于椭球体热源等效的岸电电缆气隙缺陷模型,研究不同气隙放电功率对岸... 详细信息

岸电电缆的特殊使用工况容易导致电缆绝缘产生裂纹气隙而引起气隙放电,持续的气隙放电会导致局部温升,进而影响岸电电缆载流量。本文采用多物理场耦合分析方法,建立基于椭球体热源等效的岸电电缆气隙缺陷模型,研究不同气隙放电功率对岸电电缆温度分布的影响,并计算不同气隙放电功率下岸电电缆的载流量。结果表明:电缆温度分布与负荷电流呈二次函数关系,与气隙放电功率呈线性关系;缺陷相温度较非缺陷相温度高,但温度变化率相同;随着气隙放电功率增加,缺陷相载流量迅速下降,而非缺陷相载流量下降先缓后急。该论文的研究成果可为岸电电缆缺陷检测以及负荷电流的控制提供参考。

关键词：岸电电缆气隙放电热源等效有限元载流量

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一种港口岸电电缆臂架式提送系统

港口装卸 2021年第1期 1-2,24页

作者：王立新温皓白吴振飞张德文邹云飞江苏镇安电力设备有限公司交通运输部水运科学研究院

在国家大力推动靠港船舶使用岸电的背景下,港口正加快船舶岸电基础设施设备建设。港口岸电电缆提送系统是岸电电缆输送上船的核心装备,是保障船/岸连接便捷性、安全性、可靠性的关键。在研究送系统工作原理、组成、电缆二次输送等技术... 详细信息

在国家大力推动靠港船舶使用岸电的背景下,港口正加快船舶岸电基础设施设备建设。港口岸电电缆提送系统是岸电电缆输送上船的核心装备,是保障船/岸连接便捷性、安全性、可靠性的关键。在研究送系统工作原理、组成、电缆二次输送等技术基础上,研发了一种港口岸电电缆臂架式提送系统。该系统可实现岸电电缆的安全、高效提升输送。

关键词：港口岸电岸电电缆提送系统

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舰船用岸电电缆的研制

电线电缆 2014年第6期 39-41页

作者：李永江江苏远洋东泽电缆股份有限公司江苏扬州225129

介绍了一种基于延长使用寿命而研制的舰船用岸电电缆。该电缆结构紧密稳定,具有船舶岸电场合特别要求的柔韧、耐磨损、抗撕裂、高机械强度、长期浸水电性能优异和护套易剥离施工等优点。

关键词：岸电电缆研制结构优点

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向船舶供岸电的正确接线

造船技术 1984年第3期 22-25页

作者：张尧文立丰修船厂

进船厂或船坞修理的船舶接用船厂岸电是一件十分普通的事情。目前营运船舶的电力系统,除极少数是直流电制或交流60周440伏电制外,绝大多数是交流50周380伏中性点不接地的三相三线制。而岸电是交流三相50周380伏中性点接地系统,而且采用... 详细信息

进船厂或船坞修理的船舶接用船厂岸电是一件十分普通的事情。目前营运船舶的电力系统,除极少数是直流电制或交流60周440伏电制外,绝大多数是交流50周380伏中性点不接地的三相三线制。而岸电是交流三相50周380伏中性点接地系统,而且采用保护接零,即三相四线制。两种中性点工作制不同的电力系统如何联接才能最大限度地保证供电的安全性和可靠性?本文通过各种接线方式的安全性和可靠性比较,讨论船舶接用岸电的正确接线。

关键词：岸电船体供电单相短路电流中性点不接地系统正确接线接地线接地装置岸电电缆人体电阻船舶电力系统接线方式船舶电网分布电容

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《电线电缆》2014年第1～6期总目次

电线电缆 2014年第6期 45-46页