摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，综合国力显著加强，本文主要介绍了低热阻填充材料在110kV电缆多种敷设方式载流量提升的试验研究。通过搭建电缆温升试验平台，设计电缆沟和排管敷设时的温升对比试验，通过试验方法研究采用低热阻回填材料对电缆散热条件的改进效果和载流量的提升效果。
关键词：低热阻；电缆线路；载流量
引言
电缆的载流量是指其长期运行持续额定电流，即电缆线芯温度达90℃时的稳态工作电流。土壤直埋电缆的热传递受敷设条件环境因素等的影响，载流量不易确定，准确计算各种条件下的载流量对电缆的安全、经济运行具有重大的实际意义。载流量值对于电缆敷设工程至关重要，近年来有关高压电缆的载流量和温度场分析和中低压电缆载流量的研究相对较独立，研究高压电缆载流量及其温度场的主要有华南理工大学的牛海清教授以及其硕博研究生，他们的载流量试验条件非常成熟，所提出的各种创新想法也都很值得借鉴。目前测量电缆导体温度的试验和研究也较热门，2012年的雷成华的硕士学位论文以测得的导体温度为依据对电缆的传输容量进行调整，为动态的调整载流量提供了很好的思路。
1试验装置设计
本文相关试验的试验装置设计如图１所示，采用瑞士的串联谐振系统（如图２所示）给试样电缆施加２０ｋＶ的交流电压；利用只有单边的穿心变压器、由电缆试样形成变压器的次级线圈，从而在电缆试样上产生短路大电流；采用大电流循环加热试验系统来控制导体线芯上的电流，分别在导体、连接器和护套表面埋入温度传感器，测试导体、连接器和护套的温度与时间的变化关系。本文相关试验的试样电缆采用ＭＴＬＥＦ １２／２０（２４）ｋＶ １×３００型高速磁悬浮列车用电缆，其导体为３００ｍｍ２软铝型线，导体长期工作温度为９０℃，绝缘为乙丙橡胶，护套为半导电橡胶，试样电缆采用铝合金连接器连接。
2提升110?kV电缆载流量的试验研究
2.1采用低热阻填充材料提升110kV排
管敷设电缆载流量的试验研究本试验选取110kV500mm2的单芯XLPE电缆作为研究对象，并搭建两段排管敷设电缆（一段排管内填充低热阻回填材料，另一段排管内填充其他介质作为对比）同时试验。试验时在一段排管内始终填充低热阻回填材料，改变另一段排管内的填充介质（空气、含水沙土和水），对比排管敷设方式下管内分别填充空气、含水沙土、水、低热阻回填材料时电缆的载流能力，验证使用低热阻回填材料对110kV排管敷设电缆载流量的提升效果。每个子试验需分为两个阶段：第一阶段对两段排管内的电缆回路均施加相同大小的恒定负荷电流，此电流值为由IEC60287计算得出的排管敷设电缆额定载流量，监测电缆的导体温度、铝护套温度、表面温度和环境温度，对比排管内填充不同介质时电缆充分稳态后的导体测量温度，说明使用低热阻回填材料对排管敷设电缆散热条件的改善效果，并基于设定的电缆负荷电流、测量的导体温度、表面温度和环境温度推算电缆本体和外部环境的等效热阻，为排管内填充不同介质时电缆载流量的准确计算提供支持；待排管内电缆充分冷却后开展第二阶段试验，基于第一阶段试验得出的电缆本体和外部环境的等效热阻初步计算出排管内填充不同介质时电缆的载流量，第二阶段对两段排管内的电缆回路分别施加对应填充介质的载流量计算值，监测电缆的导体温度、铝护套温度、表面温度和环境温度，并根据导体温度的监测情况适当调整各回路电缆的负荷加载电流，直至电缆充分稳态后的导体温度在规定的温度区间内（89~90℃），记录此时的电缆负荷电流作为电缆的载流量试验值，对比排管内填充不同介质时的电缆载流量试验值，说明使用低热阻回填材料对排管敷设电缆载流量的提升效果[4-5]。为使排管内的温度分布达到稳态，每次温升试验时的电流加载时长设定为48h；为使排管内的电缆充分冷却，相邻两次温升试验至少需间隔24h。
因此，110kV排管敷设电缆载流量对比实验预计需要时间为：3个子试验*2个温升试验*72h=432h。
2.2土壤热阻对电缆载流量的影响
土壤热阻直接影响导体温度的传递，当土壤热阻系数确定时，导体温度与电缆周围温度的差值对应电缆载流量存在二元函数关系。土壤的热阻系数对直埋电缆载流量的影响是非常大的。这是由于土壤的热阻系数直接与直埋电缆外表接触，热量由电缆外表传递到土壤的过程中一部分热量停留在电缆外表，另一部分热量散发到土壤中，土壤热阻大小反映了热量传递的难易程度，电缆外表的温度与土壤热阻有最直接的关系。
2.3恒定负荷下电缆温升速度及影响因素的研究
采用热路方法分析电缆暂态过程，其热过程应为一链形网络，电缆及其周围媒质应是一分布参数，电缆线芯温升曲线并非单纯指数函数，而是多个指数函数的叠加。本文采用上述电缆暂态数值计算程序，分析了均匀土壤中电缆在恒定负荷电流下土壤热阻系数和电缆根数对缆芯温升速度的影响。以66kV/240mm2直埋单芯交联聚乙烯电缆为例，土壤密度为1400kg/m3。
2.4电缆载流量影响因素的正交试验设计
电缆载流量值越大，根据载流量定义可知其在允许的温度下所能承受稳态加载的电流越大。电力电缆载流量影响因素的正交试验分析的目的是为了判断土壤热阻A、土壤温度B、空气温度C和电缆埋设深度D四大因素对电缆载流量的影响程度。同时研究最佳敷设条件，为直埋电缆施工敷设工程实践提供理论依据。正交试验是研究多因素多水平的一种设计方法，研究效率高，研究方法经济、快速，简单易行，计算表格化，是对于研究多因素影响的较为方便的一种科学的试验方法。
2.5升流电路原理图
本试验采用由穿心变压器、调压器、电流控制器、电容补偿器和电流互感器组成的升流电路给试验电缆施加设定负荷，其升流电路原理图如图3所示。在升流电路中，电流互感器、电流控制器和调压器组成了试验电缆加载负荷的控制系统，根据电流互感器测量的试验电缆实际电流和电流控制器设定的试验电缆预期电流间的差值，调节调压器的电压输出从而实现对试验电缆的负荷控制。其中，调压器通过正转和反转电机控制绕组的匝数实现0~230V电压的输出，电机的正反转由控制面板或PLC程序控制软件操作，目的在于调节穿心变压器的磁通量，磁通量的大小直接控制着电缆回路的电流大小。由于110kV单芯电缆回路的电感较大，为充分利用试验供电电源的功率，需要在穿心变压器上并联电容补偿器，补偿电容的容量可根据实际线路的长度计算。
结语
在实验室户外直埋敷设一段14m长的110电缆，将分布式光纤温度传感器预设埋入电缆，待加载稳定后检测其距接头6m处的温度，每隔15s对该点温度采样得到该点温度。结合热力学知识应用有限元软件ANSYS仿真了直埋电缆群在不同影响因素下的温度场，根据测量温度求得相应的载流量。采用单一变量原则分析了土壤热阻、土壤温度、空气温度及埋设深度与载流量的关系，设计正交试验分析各因素对载流量的影响程度，得到了各影响因素与直埋电缆载流量的关系曲线及这些因素对直埋电缆的影响程度，有助于电缆敷设的环境的优化。
参考文献
[1]杜鹏,杨东波.长河坝水电站500kV电缆耐压试验方案研究[J].新型工业化,2018,8(8):31-33.
[2]曾文龙,曹军,李乾坤.基于某换流站交流滤波器电缆绝缘不良故障特征分析的控保电缆运维选型建议[J].新型工业化,2019,9(1):31-39.