基于ANSYS的直流单芯海缆热场仿真分析

1 序言

随着海洋经济的蓬勃发展，海底交联聚乙烯（XLPE）电缆得到了广大的推崇。海底电缆运行中导体温度的准确测量涉及到输电线路的安全可靠、经济合理运行及海缆的寿命等问题。除此之外，随着国际化商业合作的项目越来越多，许多在电缆在国外海域进行工程敷设时，尤其是在与众多发达国家合作中，他们格外重视海缆正常运行时的发热对海洋生物及环境的影响。所以，分析海缆及周围环境的热场分布，一方面，不仅可以避免导体温度过高导致绝缘材料寿命缩短，还可以防止导体运行温度过低带来的载流量低效利用；另一方面，对国际海洋保护更是必不可少的重要组成部分，是海底电缆工程发展的必然趋势。

注：本人对于ANSYS热场分析目前处于入门阶段，所分析的过程和结果不一定完全正确，如有错误之处，敬请各位前辈指点！

2 模型参数

本次我针对一款400kV 1600mm^2的单芯海缆，材料及结构从里到外分别是阻水导体、绕包导体屏蔽、挤包导体屏蔽、XLPE绝缘、绝缘屏蔽、半导电阻水层、铅套、内护层、内衬层、光缆及填充层、绑扎层、铠装层、外被层。

海缆的敷设条件为，埋深3m，极间距20m。

海缆的实际模型如图一，加上土壤之后的实际建模如图二。

图一 电缆实际模型

图二 整体实际建模

土壤：30m*8m，极间距20m，埋深3m

边界条件：根据电缆的电压等级和计算得到的载流量，给电缆施加的生热率为Q=14500W/m^3，上层海床温度为25℃，下层土壤温度为20℃，海缆两边的土壤长5m，因此设置左右土壤热流为0。

3 分析结果

海缆在正常运行情况下，电缆导体的温度最高为70.5℃。根据工程实际，电缆在正常运行时导体温度在70℃左右，因此，此时电缆设计符合要求。

图三  整体温度云图

图四 一极电缆的温度云图

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删