目錄
前言
第1章 直埋敷設(shè)方式電纜熱電耦合模型校驗(yàn) 1
1.1 高壓電力電纜的結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)敷設(shè)參數(shù) 1
1.2 水平排列電力電纜載流量解析計(jì)算 2
1.2.1 電纜內(nèi)部熱量傳遞方式 2
1.2.2 導(dǎo)體交流電阻的計(jì)算 3
1.2.3 電纜絕緣損耗計(jì)算 4
1.2.4 電纜金屬護(hù)套的損耗計(jì)算 5
1.2.5 熱阻的計(jì)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(shè)電纜群熱電耦模型準(zhǔn)確性校驗(yàn) 14
第2章 雙回土壤直埋敷設(shè)電纜群熱電耦合特性分析 16
2.1 雙回土壤直埋敷設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)載流量影響因素分析 24
2.4.1 空氣溫度變化對(duì)電纜載流量的影響 24
2.4.2 土壤熱阻系數(shù)對(duì)電纜載流量的影響 25
2.4.3 土壤溫度對(duì)電纜載流量的影響 25
2.4.4 埋設(shè)深度對(duì)電纜載流量的影響 26
2.4.5 敷設(shè)間距對(duì)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(xué)模型及校驗(yàn) 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(jiǎn)化電纜暫態(tài)熱路模型 30
3.1.3 求解簡(jiǎn)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(xué)模型 34
3.2.1 建立外熱源熱場(chǎng)數(shù)學(xué)模型 34
3.2.2 求解外熱源熱場(chǎng)數(shù)學(xué)模型 35
3.2.3 計(jì)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(xué)模型 36
3.3 驗(yàn)證數(shù)學(xué)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(jì)算 40
4.1.1 計(jì)算電纜導(dǎo)體交流電阻 40
4.1.2 計(jì)算電纜絕緣損耗 41
4.1.3 計(jì)算電纜金屬護(hù)套的損耗 42
4.1.4 計(jì)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(jì)算 45
4.2.1 確定模型假設(shè)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(yàn)證 50
4.3.1 仿真結(jié)果分析 50
4.3.2 模型驗(yàn)證 52
4.4 分析外熱源對(duì)電纜導(dǎo)體溫度的影響 52
4.4.1 外熱源功率對(duì)電纜導(dǎo)體溫度的影響 52
4.4.2 外熱源距離對(duì)電力電纜導(dǎo)體溫度的影響 53
4.5 分析外熱源對(duì)電纜載流量的影響 54
4.5.1 外熱源功率對(duì)電纜載流量的影響 55
4.5.2 外熱源距離對(duì)電纜載流量的影響 55
第5章 外熱源作用下電纜實(shí)時(shí)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(chǎng)模型及計(jì)算 57
5.1.1 建立電纜暫態(tài)溫度場(chǎng)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(shí)時(shí)載流量計(jì)算結(jié)果及模型驗(yàn)證 59
5.3 外熱源功率作用下電纜實(shí)時(shí)導(dǎo)體溫度的研究分析 64
5.4 外熱源距離作用下電纜實(shí)時(shí)導(dǎo)體溫度的研究分析 67
第6章 外熱源作用下電纜溝敷設(shè)電纜通風(fēng)增容研究 71
6.1 建立通風(fēng)電纜溝耦合場(chǎng)仿真模型 71
6.1.1 基本假定 71
6.1.2 建立通風(fēng)電纜溝耦合場(chǎng)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(jì)算及校驗(yàn) 73
6.2.1 外熱源作用下電纜溝耦合特性計(jì)算 73
6.2.2 外熱源作用下電纜溝耦合特性校驗(yàn) 73
6.3 不同通風(fēng)工況下電纜運(yùn)行特性及增容建議 77
6.3.1 分析不同通風(fēng)工況下電纜溫度計(jì)算結(jié)果 78
6.3.2 分析不同通風(fēng)工況下電纜載流量計(jì)算結(jié)果 80
6.3.3 外熱源作用下電纜溝內(nèi)通風(fēng)增容建議 82
第7章 無限長(zhǎng)自由電纜回波的時(shí)域方程與時(shí)域仿真 83
7.1 簡(jiǎn)化海底電纜結(jié)構(gòu) 83
7.2 建立無限長(zhǎng)自由電纜幾何模型 83
7.3 建立與計(jì)算無限長(zhǎng)自由電纜回波的時(shí)域方程 84
7.4 建立無限長(zhǎng)自由電纜時(shí)域仿真模型及結(jié)果分析 88
7.4.1 基本假設(shè) 88
7.4.2 確定計(jì)算場(chǎng)域邊界條件及網(wǎng)格劃分 88
7.4.3 仿真結(jié)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(jié)果分析 95
8.2.1 定義頻域仿真模型和場(chǎng)域邊界條件 95
8.2.2 仿真結(jié)果分析 96
第9章 海底電纜路徑精測(cè)回波試驗(yàn)及特征分析 102
9.1 試驗(yàn)計(jì)劃 102
9.1.1 考察并選擇試驗(yàn)場(chǎng)地 102
9.1.2 連接儀器并分配任務(wù) 102
9.2 試驗(yàn)過程 105
9.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 106
9.3.1 沉積物對(duì)電纜聲學(xué)波形的影響 106
9.3.2 掠射角對(duì)電纜聲學(xué)波形的影響 107
9.3.3 深度對(duì)電纜聲學(xué)波形的影響 108
9.3.4 頻率對(duì)電纜聲學(xué)波形的影響 109
9.3.5 結(jié)構(gòu)對(duì)電纜聲學(xué)圖像的影響 110
9.3.6 深度對(duì)電纜聲學(xué)圖像的影響 112
9.3.7 掠射角對(duì)電纜聲學(xué)圖像的影響 113
第10章 電力電纜路徑檢測(cè)系統(tǒng)的理論研究與分析 116
10.1 建立等效模型求解磁場(chǎng)強(qiáng)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(shí)變磁場(chǎng)強(qiáng)度 117
10.2 電磁感應(yīng)法識(shí)別電纜路徑 118
10.2.1 計(jì)算電纜磁場(chǎng)強(qiáng)度分量 118
10.2.2 極值法確定電纜位置 119
10.3 磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的采集與傳輸 121
10.3.1 注入信號(hào)的耦合方式 121
10.3.2 接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)處理 122
10.4 傳輸線法計(jì)算電纜的交變電流 123
10.5 雙線圈法測(cè)定埋地電纜深度 125
第11章 電力電纜路徑檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 128
11.1 硬件設(shè)計(jì)原則及整體功能實(shí)現(xiàn) 128
11.1.1 硬件設(shè)計(jì)基本原則及方法 128
11.1.2 硬件部分整體功能實(shí)現(xiàn) 129
11.2 核心控制模塊設(shè)計(jì) 130
11.2.1 系統(tǒng)核心處理器的選取 130
11.2.2 STM32F103CET6模塊設(shè)計(jì) 131
11.3 電磁處理模塊電路設(shè)計(jì) 131
11.3.1 脈沖激勵(lì)電路設(shè)計(jì) 132
11.3.2 地平衡處理電路設(shè)計(jì) 132
11.3.3 電磁信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 133
11.3.4 復(fù)位預(yù)警電路設(shè)計(jì) 133
11.4 通信模塊電路設(shè)計(jì) 136
11.4.1 GPS控制電路設(shè)計(jì) 136
11.4.2 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì) 136
11.5 輸入輸出模塊電路設(shè)計(jì) 137
11.5.1 揚(yáng)聲器電路設(shè)計(jì) 137
11.5.2 鍵盤接口及指示燈電路設(shè)計(jì) 138
11.5.3 LCD電路設(shè)計(jì) 139
11.6 其他輔助電路設(shè)計(jì) 139
11.6.1 電源電路設(shè)計(jì) 139
11.6.2 固定頻率音頻信號(hào)輸出控制電路設(shè)計(jì) 140
11.6.3 時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì) 141
第12章 電力電纜路徑檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 142
12.1 軟件設(shè)計(jì)原則及整體功能實(shí)現(xiàn) 142
12.1.1 軟件設(shè)計(jì)基本原則及方法 142
12.1.2 軟件系統(tǒng)的整體功能實(shí)現(xiàn) 142
12.2 系統(tǒng)控制核心模塊設(shè)計(jì) 143
12.2.1 GPS與UART通信模塊設(shè)計(jì) 143
12.2.2 多通道數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì) 144
12.2.3 電纜埋藏深度和電流檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 145
12.3 輔助模塊設(shè)計(jì) 146
12.3.1 FLASH讀寫程序設(shè)計(jì) 146
12.3.2 液晶顯示界面設(shè)計(jì) 147
第13章 系統(tǒng)的組裝調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) 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(chǎng)實(shí)測(cè)及數(shù)據(jù)結(jié)果比對(duì) 150
13.2.1 直埋于土壤植被下的電纜路徑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) 150
13.2.2 城市道路設(shè)施下的電纜路徑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) 152
13.2.3 電纜溝內(nèi)的電纜路徑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) 154
13.3 整體試驗(yàn)結(jié)果綜合分析 155
參考文獻(xiàn) 158