一种高压电力电缆的冷却装置及热交换计算方法与流程

1.本发明属于高压电力电缆的技术领域，尤其是一种高压电力电缆的冷却装置及热交换计算方法。


背景技术：

2.高压电力电缆已广泛应用于电能在地下的输送，受到现有技术水平、生产设备的限制和导体表面集肤效应的影响，电缆的额定工作电流不能随着电缆导体的截面增大不断增加，高压电网中架空线路能实现的最大工作电流远大于电缆线路中能实现的最大工作电流，在高压电网建设过程中，对于架空和电缆的混合线路，往往由于电缆的通流能力不足，限制了系统的网架规划和运行方式，影响了电网的发展。
3.高压电力电缆的额定工作电流受敷设方式和周围环境影响非常明显，电缆在输送电能的同时，导体会产生大量的热量，高压电力电缆随着载流量增大整体温度会不断升高，一旦温度超过长期运行允许值，就会导致绝缘材料发生劣化，大大缩减其使用寿命，也正是因此限制了高压电力电缆的额定工作电流，即使电缆温度未超过长期运行允许值，随着高压电力电缆运行温度升高，高压电力电缆的能耗费用也会相应增加，从而增加了线路的运行损耗。因此，高压电力电缆散热能力直接影响了电缆的寿命、载流能力和工程的技术经济性。
4.由此可见，现阶段如何有效解决电缆散热和降温的问题已经成为电力行业内亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、设计合理、维护方便、经济可靠的高压电力电缆的冷却装置及热交换计算方法。
6.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
7.一方面，本发明提出了一种高压电力电缆的冷却装置，包括电缆连接件、导热管、进水管、回水管和水管连接件，所述电缆连接件可拆卸的安装在高压电力电缆上且配有至少两个以上的流水通道，所述电缆连接件设置为至少两个以上且设置在相邻所述电缆连接件之间的所述导热管设置为弹簧状并缠绕式安装在高压电力电缆上，
8.所述弹簧状导热管的两端分别与相邻之间的所述电缆连接件的流水通道的一端的连通，所述相邻之间的电缆连接件的流水通道的另一端的分别通过所述水管连接件与所述进水管和回水管连通，所述电缆连接件、导热管、进水管、回水管和水管连接件之间的配合用于实现对高压电力电缆的散热，提高高压电力电缆的额定载流量；
9.优选地，所述电缆连接件由两个半圆形中空结构组成且两端设置有电缆连接件安装通孔，所述两个半圆形中空结构上贯穿设置有流水通道；
10.优选地，所述电缆连接件的材质为铜或不锈钢；
11.另一方面，本发明还提出了一种高压电力电缆的冷却装置的热交换计算方法，具
体步骤如下：
12.步骤1：获取高压电力电缆敷设使用时的n个相关数据；
13.步骤2：利用获取高压电力电缆敷设使用时的n个相关数据，计算高压电力电缆额定载流量，具体公式如下：
[0014][0015]
式中：
[0016]
i为高压电力电缆载流量；
[0017]
δ0为高于环境温度的导体温升数值；
[0018]
r为最高工作温度下导体单位长度的交流电阻；
[0019]
wd为导体绝缘单位长度的介质损耗；
[0020]
t1为一根导体和金属套之间单位长度的热阻；
[0021]
t2为内衬层与填料热阻；
[0022]
t3为外护套单位长度热阻；
[0023]
t4为电缆表面和周围媒质之间单位长度热阻；
[0024]
λ1为护套损耗与线芯损耗之比；
[0025]
λ2为铠装损耗与线芯损耗之比；
[0026]
n为电缆根数；
[0027]
步骤3：利用高压电力电缆额定载流量和运行环境温度热平衡的原理，通过控制高压电力电缆运行环境温度，对高压电力电缆额定载流量重新计算，具体公式如下：
[0028][0029]
式中：
[0030]
i’为重新计算后高压电力电缆额定载流量；
[0031]
δθ’为控制高压电力电缆运行环境温度的导体温升数值；
[0032]
t4’
为控制高压电力电缆表面和周围媒质之间单位长度热阻；
[0033]
优选地，所述步骤1中获取高压电力电缆敷设使用时的n个相关数据包括最高工作温度下导体单位长度的交流电阻r，导体绝缘单位长度的介质损耗wd，高于环境温度的导体温升δθ，导体和金属套之间单位长度的热阻t1，内衬层与填料热阻t2，外护套单位长度热阻t3，电缆表面和周围媒质之间单位长度热阻t4，护套损耗与线芯损耗之比λ1，铠装损耗与线芯损耗之比λ2和电缆根数n。
[0034]
优选地，所述步骤2中高于环境温度的导体温升数值δθ的具体公式如下：
[0035]
δθ＝θ
c-θo[0036]
式中:
[0037]
θc为高压电缆运行缆芯温度，θo为高压电缆运行环境温度。
[0038]
本发明的优点和积极效果是：
[0039]
本发明提出了一种高压电力电缆的冷却装置的热交换计算方法，通过对本冷却装置与高压电力电缆形成有效的热交换，改善高压电缆的运行环境，从而起到提高高压电缆的额定工作电流、延长电缆使用寿命、降低线路损耗的作用。通过控制和监测循环冷却水的温度还可以有效监测电缆的运行工况，降低电缆的运维风险、保障电网安全运行。
附图说明
[0040]
图1是本发明高压电力电缆的冷却装置整体连接结构示意图；
[0041]
图2是本发明电缆连接件的连接结构示意图；
[0042]
图3是本发明电缆连接件半圆形中空结构的示意图；
[0043]
图4是本发明高压电力电缆的冷却装置的热计算方法流程图。
[0044]
其中，1、电缆连接件；2、导热管；3、进水管；4、回水管；5、水管连接件；6、地下消防蓄水池；7、进水管；8、冷却装置；9、屋顶消防水箱；10、回水管；12、导温管；13、冷却片散；14、冷却连接件。
具体实施方式
[0045]
以下结合附图对本发明做进一步详述。
[0046]
本发明提出了一种高压电力电缆的冷却装置，如图1所示，包括电缆连接件1、导热管2、进水管3、回水管4和水管连接件5，所述电缆连接件1可拆卸的安装在高压电力电缆上且配有至少两个以上的流水通道7，所述电缆连接件1设置为至少两个以上且设置在相邻所述电缆连接件1之间的所述导热管2设置为弹簧状并缠绕式安装在高压电力电缆上，
[0047]
所述弹簧状导热管2的两端分别与相邻之间的所述电缆连接件1的流水通道7的一端的连通，所述相邻之间的电缆连接件1的流水通道7的另一端的分别通过所述水管连接件5与所述进水管3和回水管4连通，所述电缆连接件1、导热管2、进水管3、回水管4和水管连接件5之间的配合用于实现对高压电力电缆的散热，提高高压电力电缆的额定载流量。
[0048]
在本实施例中，如图2至图3所示，所述电缆连接件1由两个半圆形中空结构组成且两端设置有电缆连接件安装通孔8，所述两个半圆形中空结构上贯穿设置有流水通道7，
[0049]
使用时，所述电缆连接件1内壁的直径大于高压电力电缆的直径且相互配合，可将高压电力电缆套装在所述两个半圆形中空结构中，并通过所述电缆连接件安装通孔8将所述电缆连接件1螺栓连接在高压电力电缆上，通过所述流水通道7和所述水管连接件5分别与进水管3和回水管4连通，同时所述电缆连接件1可通过支架固定于电缆夹层、电缆隧道或工井地面上。
[0050]
在本实施例中，所述电缆连接件1的材质为铜或不锈钢，其具有高磁阻，避免单芯高压电力电缆电磁环流发热并将产生的热量快速传递。
[0051]
本发明还提出了一种高压电力电缆的冷却装置的热交换计算方法，具体步骤如下：
[0052]
步骤1：获取高压电力电缆敷设使用时的n个相关数据；
[0053]
在此步骤中，所述获取高压电力电缆敷设使用时的n个相关数据包括最高工作温度下导体单位长度的交流电阻r，导体绝缘单位长度的介质损耗wd，高于环境温度的导体温
升δθ，其中δθ＝θ
c-θo，θc为高压电缆运行缆芯温度，θo为高压电缆运行环境温度，导体和金属套之间单位长度的热阻t1，内衬层与填料热阻t2，外护套单位长度热阻t3，电缆表面和周围媒质之间单位长度热阻t4，护套损耗与线芯损耗之比λ1，铠装损耗与线芯损耗之比λ2和电缆根数n；
[0054]
步骤2：利用获取高压电力电缆敷设使用时的n个相关数据，计算高压电力电缆额定载流量，具体公式如下：
[0055][0056]
式中：
[0057]
i为高压电力电缆载流量；
[0058]
δθ为高于环境温度的导体温升数值；
[0059]
r为最高工作温度下导体单位长度的交流电阻；
[0060]
wd为导体绝缘单位长度的介质损耗；
[0061]
t1为一根导体和金属套之间单位长度的热阻；
[0062]
t2为内衬层与填料热阻；
[0063]
t3为外护套单位长度热阻；
[0064]
t4为电缆表面和周围媒质之间单位长度热阻；
[0065]
λ1为护套损耗与线芯损耗之比；
[0066]
λ2为铠装损耗与线芯损耗之比；
[0067]
n为电缆根数；
[0068]
通过以上计算公式可得知，高压电力电缆额定载流量由电缆自身及周围环境的热阻、敷设方式、环境温度共同决定；
[0069]
步骤3：利用高压电力电缆额定载流量和运行环境温度热平衡的原理，通过控制高压电力电缆运行环境温度，对高压电力电缆额定载流量重新计算，具体公式如下：
[0070][0071]
式中：
[0072]
i’为重新计算后高压电力电缆额定载流量；
[0073]
δθ’为控制高压电力电缆运行环境温度的导体温升数值；
[0074]
t4’
为控制高压电力电缆表面和周围媒质之间单位长度热阻；
[0075]
利用上述计算公式，可通过控制高压电力电缆运行环境温度，有效提高高压电力电缆的额定载流量，从而计算确定电缆的实际增加的额定载流量。
[0076]
本发明装置通过缠绕在电缆本体上的水冷导热管和电缆水冷连接金具有效降低电缆周围环境的温度和环境热阻，并隔离了敷设方式造成的热敷设影响，从而起到提高电缆稳态允许载流量的目的。
[0077]
采用本发明装置后，可忽略周围电缆对本电缆的影响，可忽略因敷设方式不同对电缆额定工作电流的影响。通过对电缆表面温度和周围环境温度准确控制，解决了因电力电缆敷设环境温度的不确定导致无法准确计算实际工程中电缆载流能力的问题。
[0078]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
[0079]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0080]
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。
[0081]
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。