直埋电缆载流量计算方法与流程

技术特征：

1.一种直埋电缆载流量计算方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、建立直埋电缆的二维温度场模型，并按照二维温度场模型中的电缆敷设和环境参数建立直埋电缆的几何模型；

S2、确定直埋电缆周围土壤的物理性能参数；

S3、确定直埋电缆的二维温度场模型的范围及边界条件，所述的边界条件包含三类，其中，第一类边界条件为边界上温度给定，第二类边界条件为边界上温度给定及法向热流密度给定，第三类边界条件为边界上对流换热系数及流体温度给定；

S4、对直埋电缆进行网格划分，并设定与直埋电缆的几何模型相匹配的最小网格单元尺寸及最大网格单元尺寸，确定单元生长率及曲率因子参数；

S5、确定直埋电缆的二维温度场分布的计算方法，并配置相应的求解器；

S6、计算得到直埋电缆的二维温度场分布，以获得直埋电缆的稳态载流量。

2.如权利要求1所述的直埋电缆载流量计算方法，其特征在于，所述的步骤S6之后进一步包含步骤S7，所述的步骤S7包含：

S7、改变电缆敷设和环境参数，重复步骤S1～S6，获取不同参数下的载流量，并利用多元二次拟合获得载流量与电缆敷设和环境参数的拟合公式。

3.如权利要求2所述的直埋电缆载流量计算方法，其特征在于，所述的步骤S7之后进一步包含步骤S8，所述的步骤S8包含：

S8、利用步骤S7获取的拟合公式即可快速计算预设敷设条件和环境下的电缆载流量值。

4.如权利要求2所述的直埋电缆载流量计算方法，其特征在于，所述的载流量与电缆敷设和环境参数的拟合公式表示为：

I＝a₀+a₁*d+a₂*L+a₃*T+a₄*h+a₅*k+a₆*d*d+a₇*d*L+a₈*d*T+a₉*d*h+a₁₀*d*k+a₁₁*L*L+a₁₂*L*T+a₁₃*L*h+a₁₄*L*k+a₁₅*T*T+a₁₆*T*h+a₁₇*T*k+a₁₈*h*h+a₁₉*h*k+a₂₀*k*k

式中，d表示电缆所埋的深度，单位m；L表示电缆排列的间距，单位m；T表示外部空气温度，单位℃；表示h空气和土壤间的换热系数，单位W/(m²·℃)，k表示土壤的导热系数，单位W/m·K，a₀～a₂₀表示系数。

5.如权利要求1所述的直埋电缆载流量计算方法，其特征在于，所述的步骤S1中，直埋电缆的二维温度场模型为单回路一字形排列土壤直埋无回填土电力电缆的二维温度场模型，其微分方程形式表示为：

$\mathrm{\ρ}c\frac{\∂T}{\∂\mathrm{\τ}}=\frac{\∂}{\∂x}\left(\mathrm{\λ}\frac{\∂T}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left(\mathrm{\λ}\frac{\∂T}{\∂y}\right)+q_v$

式中，T表示物体的瞬态温度，单位℃；τ表示过程的进行时间，单位s；λ表示材料的导热系数，单位W/(m²·℃)；ρ表示材料的密度，单位kg/m³；c表示材料的比热，单位J/(kg·℃)；q_v表示材料的内热源，单位W/m³。

6.如权利要求1所述的直埋电缆载流量计算方法，其特征在于，所述的步骤S1中，建立直埋电缆的几何模型时，采用调合平均法对直埋电缆中薄层的导体损耗进行等效处理，并根据多层圆筒结构的等效导热系数计算方法计算等效后的绝缘层导热系数，计算公式表示为：

$\mathrm{\λ}=\frac{ln(r_n/r_1)}{\underset{1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{ln(r_{i+1}/r_i)}{{\mathrm{\λ}}_i}}$

式中，i表示直埋电缆的对应的薄层，取值为1～n；n表示直埋电缆的薄层总数，r_i表示第i层对应的半径，单位mm；λ_i表示与i层对应的导热系数，单位W/m·K。

7.如权利要求1所述的直埋电缆载流量计算方法，其特征在于，所述的步骤S1中，所述的电缆的结构参数包含直埋电缆的埋深及相邻电缆间的间距；所述的敷设环境参数包含外部空气温度、空气和土壤间的换热系数及土壤的导热系数。

8.如权利要求1所述的直埋电缆载流量计算方法，其特征在于，所述的土壤的物理性能参数包含常压热容、导热系数、电导率、密度及相对介电常数。

9.如权利要求1所述的直埋电缆载流量计算方法，其特征在于，所述的步骤S3中，第一类边界条件选取距地表面20m的深层土壤，温度为15℃；第二类边界条件选取距直埋电缆左右两侧20m的土壤，热流密度为0W/m²；第三类边界条件选取地表面，空气温度为40℃，换热系数为7.3W/(m²*℃)。

10.如权利要求1所述的直埋电缆载流量计算方法，其特征在于，所述的直埋电缆的二维温度场分布的计算方法为直接计算方法或迭代计算方法中的一种；若为直接计算方法，则配置PARDISO求解器、MUMPS求解器及SPOOLES求解器中的一种；若为迭代计算方法则配置GMRES求解器、FGMRES求解器、BiCGStab求解器及共轭梯度求解器中的一种。