英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
用全介质自承式光缆（ADSS）分析高压架空输电线路周围的电场分布
摘要：本文通过全介质自承式（ADSS）光纤电缆分析架空输电线路（OHTL）周围的电场分布。该分析的目的是分析位于高压架空输电线路电场中的全介质电缆上电的相互作用。考虑了两个特征区域。第一个：在线路档距的中间；第二个：在把电缆固定到传输线塔架的夹具周围。这些区域遵循全介质自承式电缆在线路档距中的地方化。对后者进行了详细分析，以确定电缆表面放电初始状态。
关键词：全介质自承式电缆，电场分布，架空输电线路。
I引言
在架空传输线中的应用使通信网络的传输能力得到改善。所有的全电介质自承式电缆被安装在中、高压架空输电线路上。电缆是完全绝缘的。它们位于相导线之间并与之平行（图1）。
从以上可以看出，电缆在架空输电线路电场中的电势是无穷的，通常称为流动电位。
一个架空输电线路跨度内全介质自承式电缆的定位直接来自电缆安装在架空输电线路塔上的点的坐标和跨度的长度。这一点在塔的几个结构上有所不同。在大多数情况下，它安装在下相导线臂或塔柱上。
全介质自承式电缆安装的考虑配置点的坐标是15.9米的高度和距双回路110kVOHTL塔的轴线0.9米的位置。该塔的详细尺寸如图2所示。
图1.架空输电线路上的ADSS光纤电缆
图2.塔架尺寸和ADSS电缆装配点
电缆的安装高度和距相导线的距离必须通过架空输电线路的电场分析和电缆表面的电场强度分布来确定。这是架空输电线路项目发展的重要部分。电缆插入点的合适坐标应该保证电缆表面的电场强度不超过允许值。与这些假设相反，有几条线路，全介质自承式电缆的护套由于表面放电和侵蚀过程而退化。
确定电场初始化条件和电缆全跨距长度的电场强度值是本文的目的。
II夹具和ADSS电缆的结构
光纤电缆可以安装在距相导线不同的距离处。它们通过使用特殊夹子安装在塔架上。这些夹具可以按其功能分为：
- 挤压夹具：用于连接或断开光纤；
- 传动通过夹：安装在传动通道塔上，用于正确传输电缆重量，以及将电缆硬性安装到架空输电线路塔上；
- 牢固的夹子：用于正确传送全介质自承式电缆的重量和张力至塔架结构。
所有这些夹具接地，因为它们连接到塔结构。图3显示了一个全介质自承式电缆直通传动夹及其尺寸。
图3.显示了一个全介质自承式电缆直通传动夹及其尺寸
在全介质自承式电缆中，光纤放置在由触变性凝胶填充的松散的聚酰胺管内。该管节省光纤免受机械损伤，并且触变性凝胶可以使它们避免湿度的水平传输。带有光纤的管被分组并围绕中央耐压芯进行扭绞。该耐压芯与芳纶纤维层一起承担全介质自承式电缆的所有机械张力。全介质自承式电缆的外护套由高密度聚乙烯制成。这种护套的类型取决于相导线所产生的电势的最大值。图4介绍了用于高压架空输电线路的全介质自承式电缆的横截面。
图4.全介质自承式电缆的横截面
III所考虑配置的描述
此分析的目的是确定位于高压架空输电线路电气环境中的清洁干燥全介质自承式光纤电缆的电应力。对于这种分析，电场由安装在塔架上的110kV架空输电线路产生（图2）。计算如下：
bull;线跨度中间的区域，其中计算了二维（2-D）模型。该模型是跨度中间的一条线的横截面。在110kV线中使用的相导线240的最大垂度值为。全介质自承式光缆在相同条件下的下垂度为：。
bull;全介质自承式电缆接头夹具附近的区域，由于分析区域的不对称性，使用三维（3-D）模型进行计算。假定用于计算的线跨距为。这是所考虑的全介质自承式光纤电缆结构的最大跨距。对于此跨距，相导线和全介质自承式电缆的跨距存在最大差异，因此全介质自承式电缆与分析区域中最近的相导线之间的距离是最小值。由于上述原因，电位梯度的最高值，即电场强度对于该跨度存在。图5（b）给出了该区域计算中使用的全介质自承使电缆夹模型。
图5.ADSS电缆夹：（a）夹具末端和（b）模型
对于这两个区域，假设HDPE的相对电容率。进行了三种情况计算。
- 该线路的两条回路均通电。
- 只有左边的电路通电。
- 只有右边的电路通电，全介质自承式电缆放置于该电路下方。
IV分析方法
使用Ansys /Emag3Dreg;软件确定电场分布。该程序允许通过有限元法（FEM）进行计算。该方法基于将分析区域划分为小的元素。通过使用所谓的基函数，这些元素内部的电位和电场的分布近似为所述元素的节点处的电位值。这些节点被称为自由度（DOF）。节点数量取决于用于建模的元素类型。
由于可忽略影响的架空输电线塔结构的完全平面对称性，线跨度中间的区域可以在二维空间中分析。用于二维分析的元素的形状如图6（a）所示。
电缆夹附近的区域只有两个对称平面。第一个是垂直于跨度轴的垂直平面，第二个在跨度开始处平行于第一个。这个问题不能简化为2-D问题，因为在一个电路（CAB或BCA）和目前的全介质自承式电缆中由于相位反转导致不存在所考虑区域的额外对称性。所提到的区域的分析只能在三维空间中进行。
在这个区域中，模型由小部分（即夹具的尺寸小于0.01米）和大尺寸（即高度25.1米的架空输电线路）组成。由于以上原因，使用子建模技术进行计算。该方法基于利用较大模型的解决方案，来确定具有增加的网格密度的较小详细模型的边界条件。这使得子模型区域的解决方案更加精确。
在这两个领域，复电位都被考虑用于准静态场分析。在确定复电位的分布之后，将电场的复矢量与关于电场矢量的椭圆偏振的电场的最大值（模块）一起确定。所创建的三维模型的复杂性使得需要使用具有十个节点的四面体元素。在这些自由度计算出的电位可以确定元件内部的电场分布。图6（b）显示了具有节点定位的四面体单元的形状。
图6.（a）线跨度中间的二维模型和（b）ADSS电缆夹附近的三维模型
针对架空输电线路的模型计算了详细的较小模型的边界条件，由塔架构造，夹线和相对于跨距的相导线垂度组成。在无界区域建模的特殊元素被用在它们边界的两个区域。用于确定夹具附近的电势和电场分布的详细模型由超过120000个元素组成，并且包含距离全介质自承式电缆轴线10厘米半径距离范围内的区域以及距线路起点距离3米的区域。图7给出了一种由四面体单元网格化的电缆和夹具末端模型。
位于所述区域的电缆和夹具周围的空气的体积也被编绘。
图7.四面体单元网格化的电缆和夹具末端模型
V分析结果
通过分析，可以确定线跨度中和钳端附近的电位和电场强度分布，以及钳端周围空气中的电场分布。
A. 全介质自承式光纤电缆在线跨度中部的电应力
对于在线路长度中间的分析域，相导线的适当的最大下垂以及全介质自承式电缆的电势和电场分布进行了计算。针对上述线路的所有三种激励电路进行计算。在架空输电线路跨度中存在全介质自承式光纤电缆仅在非常靠近电缆的区域中扰动电势和电场的分布8（b）和9（b）。与ADSS电缆轴线相距5厘米的电位和电场值之间的差值，用相对于电介质存在计算得出的值比用忽略的全介质自承式电缆计算的值低0.6％。计算分布包含双回路线的轮廓形状特征。情况I下的全介质自承式电缆表面的电位和电场强度被呈现在电缆横截面的旋转圆上。这些值在电缆横截面上的不同位置变化不超过最大值的1％（图10）。
图8.电势在跨度中间（a）和ADSS电缆附近（b）的分布
图9. 电场在跨度中间（a）和ADSS电缆附近（b）的分布
为了比较3种架空输电线路激励电路中全介质自承式电缆的电应力，电位分布如图11所示，电场强度分布如图12所示。从图中可以看出，情况III发生最高（即最差）的电应力，其中只有正确的电路通电并且全介质自承式电缆位于其下方。对于其他两种情况，电气压力几乎减少了两倍。对于两个电路均通电的情况，由于电路屏蔽了其他各种现象，所以具有更好的条件来安装的全介质自承式电缆。
在表I中，给出了几种激励电路中位于具有跨度长度的110kV双回路架空输电线路中的全介质自承式电缆的电场强度值。
图10.线跨度中间ADSS电缆表面电势和电场分布
B.在全介质自承式电缆夹附近的全介质自承式光纤电缆的电应力
如上所述，需要三维（3-D）分析来确定夹具附近的全介质自承式电缆的电应力。 假定线路跨距的长度与相导线和全介质自承式电缆的下垂的最大值。在该分析开始时，沿着ADSS电缆的表面确定流动电势的重建和电场强度值的变化，从夹具的端部增加距离（图13和14）。
图11.不同情况下ADSS电缆表面电势分布
图12.不同情况下ADSS电缆表面电势分布
图13.电缆表面感应的电势
图14.电缆表面的最大场强
零值的电位出现在夹线和全介质自承式电缆表面的连接处。为了增加距离夹钳末端的距离，电位从线跨度8-12米处，迅速重建为11千伏。 这个距离是一个边界，塔架和电缆夹的影响可以忽略不计。由于下垂差异，全介质自承式电缆和相导线之间的距离增加，导致距离增加超过12米时感应电位缓慢下降。图13和14是情况1下激励架空输电线路，但是对于其他两种情况，都以相似的方式诱电势重建。
图14显示了沿着电缆轴线的全介质自承式电缆表面上的电场强度值。电场的最大值出现在电缆夹的末端，等于约5.3kV/cm。由于线的规则离散化，测量电场的最大值之处，未在该图上显示。从上图可以看出，电场迅速下降到最小值，并且在线跨度开始8-12米的距离处，电场迅速下降到15kV/m，即在电的最大值电势。下一次电场强度的波动是由相导线和全介质自承式电缆的下垂差异引起的。
在三维空间中进行分析围绕ADSS电缆夹具的电场。这个分析的结果是电势和电场强度的三维分布。为了清楚和适当地呈现计算结果，使用了两种类型的图表。其中第一个呈现所谓的三维等值面，用于恒定的电势或电场强度值。这些数字与用于呈现分析值的二维分布的等高线图相似。这种类型的绘图允许呈现全介质自承式电缆夹端部周围空气中的电场分布。第二种类型的绘图通过在全介质自承式电缆表面上创建分析值的等高线图来构建。该图是三维空间表面上的一种旋转标准等值线图。为了以图形方式比较高电压架空输电线路的激励电路的三种情况，针对等值面或等高线创建了两种类型的图。
图15显示了对于情况I而言，全介质自承式电缆夹具周围的空气中感应出的电势的等值面。还介绍了塔的构造。从电场特性来看，电场的最高值出现在等能表面的最大曲率处。从图15可以看出，最高的电场强度出现在全介质自承式电缆夹具的末端。
对于不同情况的激励线路，安装在上的全介质自承式电缆的电应力如图16（a）-（c）所示。
上面描述图的类型呈现了计算结果。在最黑暗的地区，电场强度值超过4kV/cm。所有轮廓均以0.5kV/cm的步长绘制。有可能通过比较所提供的图来确定全介质自承式电缆的电应力的最坏情况。类似于对线路中间区域进行的分析，情况III是激励线路电路的最差情况。在这种情况下，只有下面安装了全介质自承式电缆的架空输电线路的右侧电路通电。
图15.ADSS电缆夹附近电势分布 图16.ADSS电缆表面电场分布
C.夹具端部周围的电场分布
所提出分析的最后部分是确定全介质自承式电缆夹端部周围空气中的电场强度值。对于电场值的分布，由于三维值分布所以使用了等值面图。针对图17（a）-（c）中的激励线路的所有三种情况给出了图。
两个等值面中的第一个（较亮的）显示了等值面对电场强度为0.1 kV/m值的近似夹具端部形状。第二个（较深的）是电场强度为2kV/cm值的等值面。
为了清晰呈现数据，全介质自承式电缆的视图被省略。通过比较这些数据，我们可以得出结论：情况II中空气中的电场强度是最低的，而最高的情况是III。
表II中比较了全介质自承式电缆表面和夹具端部周围空气中电场强度的最大值。
图17.在ADSS电缆夹附近的电场分布
VI结论
所进行的计算显示了全介质自承式电缆在高压架空输电线路线跨距上的所有电缆长度上电气应力的差异。这根电缆实际上不会干扰中间电位和电场的分布。线跨度和电场强度值不超过3 kV/cm。电场对全介质自承式全绝缘电缆的重要影响发生在把电缆安装到塔架结构的夹具附近。通过计算确定的电场强度的准确性依赖于分析中考虑的模型类型。夹具附近的电场强度比跨度中间的电应力大很多倍。
断开架空输电线路的一个电路会导致线路周围的电位和电场分布发生变化。从全介质自承式电缆的电气应力角度看，最坏的情况发生在没有在下面安装全介质自承式电缆的断开电路上
全介质自承式电缆上电场分布的计算对于额定电压高于上述值的架空输电线路很重要。这种分析可以确定放电初始化和演变的条件。这些放电导致全介质自承式电缆表面老化。
对全介质自承式缆夹具附近电场分布的进一步详细分析为描述这些过程的初始化机制和演变提供了可能性。
VII参考文献
[1] H. Anuszewska, “Fiber optic cables type ADSS for overhead transmision power lines” (in Polish), Telecommun. Info., no. 5, pp. 365
全文共7106字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[13387]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
