目錄
前言
第1章 直埋敷設方式電纜熱電耦合模型校驗 1
1.1 高壓電力電纜的結構及各項敷設參數(shù) 1
1.2 水平排列電力電纜載流量解析計算 2
1.2.1 電纜內(nèi)部熱量傳遞方式 2
1.2.2 導體交流電阻的計算 3
1.2.3 電纜絕緣損耗計算 4
1.2.4 電纜金屬護套的損耗計算 5
1.2.5 熱阻的計算 6
1.2.6 水平排列單芯電纜載流量求解 7
1.3 單根電纜熱電耦合特性仿真分析 7
1.4 單回水平排列電纜熱電耦合特性仿真分析 10
1.5 多回土壤直埋敷設電纜群熱電耦模型準確性校驗 14
第2章 雙回土壤直埋敷設電纜群熱電耦合特性分析 16
2.1 雙回土壤直埋敷設電纜上下一字排列熱電耦合特性分析 16
2.2 雙回土壤直埋敷設電纜水平一字排列熱電耦合特性分析 19
2.3 雙回土壤直埋敷設電纜水平三角形排列熱電耦合特性分析 21
2.4 土壤直埋敷設載流量影響因素分析 24
2.4.1 空氣溫度變化對電纜載流量的影響 24
2.4.2 土壤熱阻系數(shù)對電纜載流量的影響 25
2.4.3 土壤溫度對電纜載流量的影響 25
2.4.4 埋設深度對電纜載流量的影響 26
2.4.5 敷設間距對電纜載流量的影響 27
第3章 外熱源作用下電纜暫態(tài)載流量數(shù)學模型及校驗 29
3.1 電纜暫態(tài)熱路模型及求解 29
3.1.1 建立電纜暫態(tài)熱路模型 29
3.1.2 簡化電纜暫態(tài)熱路模型 30
3.1.3 求解簡化后的電纜熱路模型 31
3.2 建立外熱源作用下電纜暫態(tài)載流量數(shù)學模型 34
3.2.1 建立外熱源熱場數(shù)學模型 34
3.2.2 求解外熱源熱場數(shù)學模型 35
3.2.3 計算電纜溝內(nèi)空氣溫度 36
3.2.4 外熱源作用下電纜暫態(tài)載流量數(shù)學模型 36
3.3 驗證數(shù)學模型的正確性 37
第4章 外熱源作用下電纜穩(wěn)態(tài)載流量仿真研究 40
4.1 電力電纜穩(wěn)態(tài)載流量解析計算 40
4.1.1 計算電纜導體交流電阻 40
4.1.2 計算電纜絕緣損耗 41
4.1.3 計算電纜金屬護套的損耗 42
4.1.4 計算電纜本體熱阻及外部熱阻 43
4.1.5 求解電纜穩(wěn)態(tài)載流量 44
4.2 建立外熱源干擾下電纜三維仿真模型及計算 45
4.2.1 確定模型假設條件 45
4.2.2 建立電纜三維仿真模型 45
4.2.3 確定邊界條件及劃分網(wǎng)格 47
4.2.4 求解外熱源作用下電纜載流量 49
4.3 外熱源作用下電纜載流量仿真分析及模型驗證 50
4.3.1 仿真結果分析 50
4.3.2 模型驗證 52
4.4 分析外熱源對電纜導體溫度的影響 52
4.4.1 外熱源功率對電纜導體溫度的影響 52
4.4.2 外熱源距離對電力電纜導體溫度的影響 53
4.5 分析外熱源對電纜載流量的影響 54
4.5.1 外熱源功率對電纜載流量的影響 55
4.5.2 外熱源距離對電纜載流量的影響 55
第5章 外熱源作用下電纜實時載流量仿真研究 57
5.1 建立外熱源作用下電纜暫態(tài)溫度場模型及計算 57
5.1.1 建立電纜暫態(tài)溫度場模型 57
5.1.2 利用Crank-Nicolson差分格式求解暫態(tài)溫度 58
5.2 分析外熱源作用下電纜實時載流量計算結果及模型驗證 59
5.3 外熱源功率作用下電纜實時導體溫度的研究分析 64
5.4 外熱源距離作用下電纜實時導體溫度的研究分析 67
第6章 外熱源作用下電纜溝敷設電纜通風增容研究 71
6.1 建立通風電纜溝耦合場仿真模型 71
6.1.1 基本假定 71
6.1.2 建立通風電纜溝耦合場仿真模型 71
6.1.3 確定邊界條件及劃分網(wǎng)格 72
6.2 外熱源作用下電纜溝耦合特性計算及校驗 73
6.2.1 外熱源作用下電纜溝耦合特性計算 73
6.2.2 外熱源作用下電纜溝耦合特性校驗 73
6.3 不同通風工況下電纜運行特性及增容建議 77
6.3.1 分析不同通風工況下電纜溫度計算結果 78
6.3.2 分析不同通風工況下電纜載流量計算結果 80
6.3.3 外熱源作用下電纜溝內(nèi)通風增容建議 82
第7章 無限長自由電纜回波的時域方程與時域仿真 83
7.1 簡化海底電纜結構 83
7.2 建立無限長自由電纜幾何模型 83
7.3 建立與計算無限長自由電纜回波的時域方程 84
7.4 建立無限長自由電纜時域仿真模型及結果分析 88
7.4.1 基本假設 88
7.4.2 確定計算場域邊界條件及網(wǎng)格劃分 88
7.4.3 仿真結果分析 90
第8章 掩埋電纜回波的頻域方程與頻域仿真 93
8.1 建立掩埋電纜回波的頻域方程 93
8.2 建立掩埋電纜頻域仿真模型及結果分析 95
8.2.1 定義頻域仿真模型和場域邊界條件 95
8.2.2 仿真結果分析 96
第9章 海底電纜路徑精測回波試驗及特征分析 102
9.1 試驗計劃 102
9.1.1 考察并選擇試驗場地 102
9.1.2 連接儀器并分配任務 102
9.2 試驗過程 105
9.3 試驗結果分析 106
9.3.1 沉積物對電纜聲學波形的影響 106
9.3.2 掠射角對電纜聲學波形的影響 107
9.3.3 深度對電纜聲學波形的影響 108
9.3.4 頻率對電纜聲學波形的影響 109
9.3.5 結構對電纜聲學圖像的影響 110
9.3.6 深度對電纜聲學圖像的影響 112
9.3.7 掠射角對電纜聲學圖像的影響 113
第10章 電力電纜路徑檢測系統(tǒng)的理論研究與分析 116
10.1 建立等效模型求解磁場強度 116
10.1.1 建立地下電纜空間等效模型 116
10.1.2 電磁法求解時變磁場強度 117
10.2 電磁感應法識別電纜路徑 118
10.2.1 計算電纜磁場強度分量 118
10.2.2 極值法確定電纜位置 119
10.3 磁場強度信號的采集與傳輸 121
10.3.1 注入信號的耦合方式 121
10.3.2 接收信號的場強處理 122
10.4 傳輸線法計算電纜的交變電流 123
10.5 雙線圈法測定埋地電纜深度 125
第11章 電力電纜路徑檢測系統(tǒng)的硬件設計 128
11.1 硬件設計原則及整體功能實現(xiàn) 128
11.1.1 硬件設計基本原則及方法 128
11.1.2 硬件部分整體功能實現(xiàn) 129
11.2 核心控制模塊設計 130
11.2.1 系統(tǒng)核心處理器的選取 130
11.2.2 STM32F103CET6模塊設計 131
11.3 電磁處理模塊電路設計 131
11.3.1 脈沖激勵電路設計 132
11.3.2 地平衡處理電路設計 132
11.3.3 電磁信號處理電路設計 133
11.3.4 復位預警電路設計 133
11.4 通信模塊電路設計 136
11.4.1 GPS控制電路設計 136
11.4.2 存儲電路設計 136
11.5 輸入輸出模塊電路設計 137
11.5.1 揚聲器電路設計 137
11.5.2 鍵盤接口及指示燈電路設計 138
11.5.3 LCD電路設計 139
11.6 其他輔助電路設計 139
11.6.1 電源電路設計 139
11.6.2 固定頻率音頻信號輸出控制電路設計 140
11.6.3 時鐘及復位電路設計 141
第12章 電力電纜路徑檢測系統(tǒng)的軟件設計 142
12.1 軟件設計原則及整體功能實現(xiàn) 142
12.1.1 軟件設計基本原則及方法 142
12.1.2 軟件系統(tǒng)的整體功能實現(xiàn) 142
12.2 系統(tǒng)控制核心模塊設計 143
12.2.1 GPS與UART通信模塊設計 143
12.2.2 多通道數(shù)據(jù)采集程序設計 144
12.2.3 電纜埋藏深度和電流檢測模塊設計 145
12.3 輔助模塊設計 146
12.3.1 FLASH讀寫程序設計 146
12.3.2 液晶顯示界面設計 147
第13章 系統(tǒng)的組裝調(diào)試及現(xiàn)場實測 149
13.1 系統(tǒng)組裝調(diào)試 149
13.2 不同工況下的系統(tǒng)現(xiàn)場實測及數(shù)據(jù)結果比對 150
13.2.1 直埋于土壤植被下的電纜路徑現(xiàn)場實測 150
13.2.2 城市道路設施下的電纜路徑現(xiàn)場實測 152
13.2.3 電纜溝內(nèi)的電纜路徑現(xiàn)場實測 154
13.3 整體試驗結果綜合分析 155
參考文獻 158