电力电缆动态载流及路径探测技术

目录
前言
第1章 直埋敷设方式电缆热电耦合模型校验 1
1.1 高压电力电缆的结构及各项敷设参数 1
1.2 水平排列电力电缆载流量解析计算 2
1.2.1 电缆内部热量传递方式 2
1.2.2 导体交流电阻的计算 3
1.2.3 电缆绝缘损耗计算 4
1.2.4 电缆金属护套的损耗计算 5
1.2.5 热阻的计算 6
1.2.6 水平排列单芯电缆载流量求解 7
1.3 单根电缆热电耦合特性仿真分析 7
1.4 单回水平排列电缆热电耦合特性仿真分析 10
1.5 多回土壤直埋敷设电缆群热电耦模型准确性校验 14
第2章 双回土壤直埋敷设电缆群热电耦合特性分析 16
2.1 双回土壤直埋敷设电缆上下一字排列热电耦合特性分析 16
2.2 双回土壤直埋敷设电缆水平一字排列热电耦合特性分析 19
2.3 双回土壤直埋敷设电缆水平三角形排列热电耦合特性分析 21
2.4 土壤直埋敷设载流量影响因素分析 24
2.4.1 空气温度变化对电缆载流量的影响 24
2.4.2 土壤热阻系数对电缆载流量的影响 25
2.4.3 土壤温度对电缆载流量的影响 25
2.4.4 埋设深度对电缆载流量的影响 26
2.4.5 敷设间距对电缆载流量的影响 27
第3章 外热源作用下电缆暂态载流量数学模型及校验 29
3.1 电缆暂态热路模型及求解 29
3.1.1 建立电缆暂态热路模型 29
3.1.2 简化电缆暂态热路模型 30
3.1.3 求解简化后的电缆热路模型 31
3.2 建立外热源作用下电缆暂态载流量数学模型 34
3.2.1 建立外热源热场数学模型 34
3.2.2 求解外热源热场数学模型 35
3.2.3 计算电缆沟内空气温度 36
3.2.4 外热源作用下电缆暂态载流量数学模型 36
3.3 验证数学模型的正确性 37
第4章 外热源作用下电缆稳态载流量仿真研究 40
4.1 电力电缆稳态载流量解析计算 40
4.1.1 计算电缆导体交流电阻 40
4.1.2 计算电缆绝缘损耗 41
4.1.3 计算电缆金属护套的损耗 42
4.1.4 计算电缆本体热阻及外部热阻 43
4.1.5 求解电缆稳态载流量 44
4.2 建立外热源干扰下电缆三维仿真模型及计算 45
4.2.1 确定模型假设条件 45
4.2.2 建立电缆三维仿真模型 45
4.2.3 确定边界条件及划分网格 47
4.2.4 求解外热源作用下电缆载流量 49
4.3 外热源作用下电缆载流量仿真分析及模型验证 50
4.3.1 仿真结果分析 50
4.3.2 模型验证 52
4.4 分析外热源对电缆导体温度的影响 52
4.4.1 外热源功率对电缆导体温度的影响 52
4.4.2 外热源距离对电力电缆导体温度的影响 53
4.5 分析外热源对电缆载流量的影响 54
4.5.1 外热源功率对电缆载流量的影响 55
4.5.2 外热源距离对电缆载流量的影响 55
第5章 外热源作用下电缆实时载流量仿真研究 57
5.1 建立外热源作用下电缆暂态温度场模型及计算 57
5.1.1 建立电缆暂态温度场模型 57
5.1.2 利用Crank-Nicolson差分格式求解暂态温度 58
5.2 分析外热源作用下电缆实时载流量计算结果及模型验证 59
5.3 外热源功率作用下电缆实时导体温度的研究分析 64
5.4 外热源距离作用下电缆实时导体温度的研究分析 67
第6章 外热源作用下电缆沟敷设电缆通风增容研究 71
6.1 建立通风电缆沟耦合场仿真模型 71
6.1.1 基本假定 71
6.1.2 建立通风电缆沟耦合场仿真模型 71
6.1.3 确定边界条件及划分网格 72
6.2 外热源作用下电缆沟耦合特性计算及校验 73
6.2.1 外热源作用下电缆沟耦合特性计算 73
6.2.2 外热源作用下电缆沟耦合特性校验 73
6.3 不同通风工况下电缆运行特性及增容建议 77
6.3.1 分析不同通风工况下电缆温度计算结果 78
6.3.2 分析不同通风工况下电缆载流量计算结果 80
6.3.3 外热源作用下电缆沟内通风增容建议 82
第7章 无限长自由电缆回波的时域方程与时域仿真 83
7.1 简化海底电缆结构 83
7.2 建立无限长自由电缆几何模型 83
7.3 建立与计算无限长自由电缆回波的时域方程 84
7.4 建立无限长自由电缆时域仿真模型及结果分析 88
7.4.1 基本假设 88
7.4.2 确定计算场域边界条件及网格划分 88
7.4.3 仿真结果分析 90
第8章 掩埋电缆回波的频域方程与频域仿真 93
8.1 建立掩埋电缆回波的频域方程 93
8.2 建立掩埋电缆频域仿真模型及结果分析 95
8.2.1 定义频域仿真模型和场域边界条件 95
8.2.2 仿真结果分析 96
第9章 海底电缆路径精测回波试验及特征分析 102
9.1 试验计划 102
9.1.1 考察并选择试验场地 102
9.1.2 连接仪器并分配任务 102
9.2 试验过程 105
9.3 试验结果分析 106
9.3.1 沉积物对电缆声学波形的影响 106
9.3.2 掠射角对电缆声学波形的影响 107
9.3.3 深度对电缆声学波形的影响 108
9.3.4 频率对电缆声学波形的影响 109
9.3.5 结构对电缆声学图像的影响 110
9.3.6 深度对电缆声学图像的影响 112
9.3.7 掠射角对电缆声学图像的影响 113
第10章 电力电缆路径检测系统的理论研究与分析 116
10.1 建立等效模型求解磁场强度 116
10.1.1 建立地下电缆空间等效模型 116
10.1.2 电磁法求解时变磁场强度 117
10.2 电磁感应法识别电缆路径 118
10.2.1 计算电缆磁场强度分量 118
10.2.2 极值法确定电缆位置 119
10.3 磁场强度信号的采集与传输 121
10.3.1 注入信号的耦合方式 121
10.3.2 接收信号的场强处理 122
10.4 传输线法计算电缆的交变电流 123
10.5 双线圈法测定埋地电缆深度 125
第11章 电力电缆路径检测系统的硬件设计 128
11.1 硬件设计原则及整体功能实现 128
11.1.1 硬件设计基本原则及方法 128
11.1.2 硬件部分整体功能实现 129
11.2 核心控制模块设计 130
11.2.1 系统核心处理器的选取 130
11.2.2 STM32F103CET6模块设计 131
11.3 电磁处理模块电路设计 131
11.3.1 脉冲激励电路设计 132
11.3.2 地平衡处理电路设计 132
11.3.3 电磁信号处理电路设计 133
11.3.4 复位预警电路设计 133
11.4 通信模块电路设计 136
11.4.1 GPS控制电路设计 136
11.4.2 存储电路设计 136
11.5 输入输出模块电路设计 137
11.5.1 扬声器电路设计 137
11.5.2 键盘接口及指示灯电路设计 138
11.5.3 LCD电路设计 139
11.6 其他辅助电路设计 139
11.6.1 电源电路设计 139
11.6.2 固定频率音频信号输出控制电路设计 140
11.6.3 时钟及复位电路设计 141
第12章 电力电缆路径检测系统的软件设计 142
12.1 软件设计原则及整体功能实现 142
12.1.1 软件设计基本原则及方法 142
12.1.2 软件系统的整体功能实现 142
12.2 系统控制核心模块设计 143
12.2.1 GPS与UART通信模块设计 143
12.2.2 多通道数据采集程序设计 144
12.2.3 电缆埋藏深度和电流检测模块设计 145
12.3 辅助模块设计 146
12.3.1 FLASH读写程序设计 146
12.3.2 液晶显示界面设计 147
第13章 系统的组装调试及现场实测 149
13.1 系统组装调试 149
13.2 不同工况下的系统现场实测及数据结果比对 150
13.2.1 直埋于土壤植被下的电缆路径现场实测 150
13.2.2 城市道路设施下的电缆路径现场实测 152
13.2.3 电缆沟内的电缆路径现场实测 154
13.3 整体试验结果综合分析 155
参考文献 158