CCSK13T/SMATechnicalspecificationfortransienttemp上海市計量協會發布T/SMA0059-2024前言 2規范性引用文件 3術語和定義 4概述 5計算模型 6計算方法 7誤差要求 附錄A（資料性）地埋電纜典型敷設方式 6附錄B（資料性）四根電纜的暫態溫升快速計算示例 8T/SMA0059-2024本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能是涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由上海市計量協會電力專業委員會提出。本文件由上海市計量協會歸口。本文件起草單位：華東電力試驗研究院有限公司、國網上海市電力公司電力科學研究院、國網上海市電力公司、河北科技大學、國網山西省電力公司、上海海能科技信息股份有限公司、上海四量電子科技有限公司。本文件主要起草人：趙瑩瑩、王俊、嚴軍、傅晨釗、司文榮、周宏、王遜峰、殷展、張弛、顧金、王偉、孟曉凱、梁永春、錢之銀、王哲斐。本文件2024年12月首次發布。1T/SMA0059-2024地埋電力電纜群暫態溫升快速計算導則本文件規定了地埋電力電纜群暫態溫升快速計算方法，規范了術語與定義、概述、計算模型、計算方法及誤差要求。本文件適用于直埋、排管敷設的10kV及以上電壓等級的電力電纜群暫態運行溫升計算，隧道、溝槽等其他敷設方式的電纜可參考使用。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。JB/T10181《電纜載流量計算》T/CES053-2021《地下電纜群轉移矩陣法溫升計算導則》3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1電纜群cablegroup鄰近敷設且在運行工況下存在相互熱效應（最大負荷時溫升影響一般不小于1.5K）的多根（回）電纜的統稱。3.2暫態溫升transienttemperaturerise運行負荷變化后，電纜纜芯溫度過渡到穩定狀態前的變化過程。3.3等效熱容equivalentthermalcapacitance用于描述電纜或斷面在熱流量變化時等效的熱容特性。3.4平衡熱阻equilibriumthermalresistance平衡斷面等效熱容的熱阻，用于提高熱路模型對時間傳熱動態過程的適應性。3.5平衡熱感equilibriumthermalinductance平衡斷面等效熱阻的熱感，用來模擬隨著距離傳熱的動態延遲過程。2T/SMA0059-20243.6周圍介質ambientmedium指電纜敷設周圍的土壤或者其他物體。[來源：T/CES053-2021，定義3.4]3.7自熱熱路模型self-heatingmodel基于集總參數的單根電纜自熱熱路模型，用于計算由電纜自身損耗產生的熱流量所引起的溫升。3.8互熱熱路模型mutualheatingmodel基于集總參數的電纜群間互熱熱路模型，用于計算相鄰電纜的熱流量所引起的溫升。3.9時域響應time-domainresponse由自熱溫升和互熱溫升共同組成的電纜溫升在時域上的響應曲線。4概述電力電纜是城市電網主干道，普遍以多回電纜并行的電纜群方式敷設。隨著城市發展，中心城區負荷持續增長，導致供需矛盾但電纜新（改）建工程實施困難、設備故障緊急轉供需臨時增容但手段缺乏等問題突出，亟需深度挖掘在運電纜群的載流量。對于緊急轉供和檢修安排的工況，需要在工程中快速得到許用負荷大小和時間的暫態計算結果。基于時域響應和熱傳導場可疊加原理，可以實現對土壤直埋電纜群暫態溫升的快速計算。本文件將電纜群的共同作用離散為多根電纜單獨作用的組合，采用自熱模型描述單根電纜自身發熱，采用互熱模型描述電纜間的熱相互影響，然后通過節點溫升耦合的方式獲得電纜線芯的綜合溫升，從而實現電纜群暫態溫升的快速計算。5計算模型5.1自熱溫升模型基于集總參數的單根電纜自熱熱路模型如圖1，r1點的溫升即為纜芯自熱溫升。其中：T/SMA0059-2024QA為電纜A在當前工況下單位長度的損耗（熱流量W/m；C1為電纜自身等效熱容，J/K；C2為該斷面等效熱容，J/K；R1為該斷面等效熱容的平衡熱阻，K/W；R2為電纜線芯對環境的等效熱阻，K/W；L1為該斷面等效熱阻的平衡熱感；TT和T3為三個節點溫升，K；、Q為電纜A自身損耗產生的總的熱流量，W/m；iC1為熱容C1支路的熱流量，W/m；iC2為熱容C2支路的熱流量，W/m；iL1為熱感L1支路的熱流量，W/m。注：模型參數僅與電纜及周圍材料的熱特性相關，一般運行溫度范圍內可認為5.2互熱溫升模型基于集總參數的相鄰兩根電纜間暫態溫升互熱熱路模型如圖2，用于計算相鄰電纜B產生的熱流量在電纜A纜芯處引起的互熱溫升，T3點的溫升即為互熱點溫升。其中：QB電纜B在當前工況下單位長度的損耗（熱流量W/m；C3為表示兩根電纜間的熱容，J/K；R3為互熱點與纜芯間的等效熱阻，R4為互熱點到周圍環境的熱阻，K/W；L2為等效的熱感參數，體現了熱流和溫升因電纜間距離不同的延時作用；TT和T3為三個節點溫升，K；、Q為電纜B的損耗產生的熱流量，W/m；iC3為熱容C3支路的熱流量，W/m；iL2為熱感L2支路的熱流量，W/m。5.3纜芯綜合溫升4T/SMA0059-2024纜芯綜合溫升等于電纜自熱溫升和電纜群間互熱溫升之和。對由N根電纜組成的電纜群，第i根電纜的暫態溫升計算如式（1（1）式中：ri為第i根電纜纜芯的暫態溫升，K；i=j時，Δrij為第i根電纜的自熱溫升，K；i≠j時，Δrij為第j根電纜對第i根電纜的互熱溫升，K。6計算方法6.1損耗、溫升數據準備依次給任意一根電纜施加若干組（一般不少于電纜群回數）與實際運行工況相符的負荷（其余電纜無負荷通過數值仿真、真型試驗等方法得到該電纜纜芯的自熱溫升過程數據，以及其余電纜纜芯的互熱溫升過程數據。6.2自熱模型建模基于自熱溫升數據，以各時間點自熱溫升差絕對值總和（或各時間點溫升差的平方和）為目標函數，求解自熱模型熱阻、熱容和熱感參數，建立每根電纜的自熱熱路模型，且誤差滿足第7章要求。6.3互熱模型建模基于互熱溫升數據，以各時間點互熱溫升差絕對值總和（或各時間點溫升差的平方和）為目標函數，求解互熱模型的熱阻、熱容和熱感參數，建立電纜間的互熱熱路模型，且誤差滿足第7章要求。6.4模型求解1）分別建立電纜自熱熱路模型和電纜間互熱熱路模型的熱流量矩陣和熱導矩陣方程；2）將各電纜負荷曲線按固定時間步長離散化，步長與建模時負荷步長數據一致；3）利用瞬態分析，求解單一時間步長下的節點熱流量和溫升，得到各電纜纜芯節點處的溫升數值，和各互熱點處的溫升數值；4）根據公式（1）計算纜芯綜合溫升，并按JB/T10181計算該溫升下的電纜實時損耗；5）重復以上（3）~（4）過程，計算每一個時間步長下各電纜纜芯節點處的溫升，并得到溫升曲線。7誤差要求7.1一般要求根據電纜運行工況，應對電纜群暫態自熱和互熱模型進行短時工況和長時工況驗證，溫升計算結果與數值仿真或真型試驗等方法的誤差應滿足相應7.2、7.3的要求。7.2短時工況T/SMA0059-2024固定環境溫度下，對任意一條電纜施加階躍負荷，其他電纜負荷不變，短時（一般取24小時）內纜芯溫升的最大誤差應不大于3K。7.3長時工況7.3.1周期性負荷固定環境溫度下，對任意一條電纜施加周期性負荷（一般以天為周期其他電纜負荷不變，長時（一般取30天）下纜芯溫升的最大誤差應不大于5K。7.3.2隨機性負荷固定環境溫度下，對任意一條電纜施加不超過最大載流量的隨機負荷，其他電纜負荷不變，長時（一般取30天）下纜芯溫升的最大誤差應不大于5K。6T/SMA0059-2024（資料性）地埋電纜典型敷設方式地埋電力電纜主要包括直埋和排管敷設電纜。直埋電纜敷設如圖A.1和A.2所示，一般同一通道敷設少于6根的35kV及以下電纜，電纜全長的上、下緊鄰側鋪以軟土或砂層，并覆蓋保護板。排管電纜主要有PVC排管和水泥排管，如圖A.3和A.4所示。排管電纜常用規格有2×10和3×8等，可多種規格的疊加使用。圖A.5、圖A.6為上海地區常見單排管斷面示意圖，同一斷面內可敷設10kV、35kV、110kV和220kV等不同電壓等級的多回電纜。T/SMA0059-20248T/SMA0059-2024（資料性）四根電纜的暫態溫升快速計算示例B.1計算對象計算對象為4根同型電纜，排列方式、敷設環境和邊界條件如圖B.1。以電纜1的自熱溫升模型和對其他電纜互熱溫升模型的參數求解為例。B.2計算過程B.2.1有限元建模土壤區域為4m×2m；土壤中心區域為回填土；地面覆蓋混凝土，厚度0.05m；土壤內存在一某金屬管道，半徑為0.1m；四根電纜結構相同，導體半徑為0.05m，絕緣厚度0.025m，電纜電流可變。邊界條件設定為：邊界1、3、4的熱通量為零；邊界2對應的對流散熱系數為10W/(m2·K)，溫度可變。B.2.2有限元計算穩態工況：設邊界2環境溫度為20℃,電纜1施加熱激勵為78.5W/m，其他電纜熱載荷為0，計算各電纜線芯溫升分別為：電纜1為48.1K，電纜2為20.0K，電纜3為19.3K，電纜4為15.1K。暫態工況：設邊界2環境溫度為20℃,0+時刻電纜1施加熱階躍激勵為78.5W/m，其他電纜熱載荷為0，計算時長為15000min，步長為15min，各電纜線芯溫升過程計算結果如圖B.2所示。T/SMA0059-2024B.2.3暫態快速計算模型求解B.2.3.1自熱模型參數求解由穩態工況，可以計算出R2=穩態溫升/熱流=48.1/78.5=0.6124K.m/W，L1可根據熱學特性由R1.C2/R2求解。對C1、C2與R1設置初始參數范圍：取C1、C2∈(0,15000利用遺傳算法進行參數求解，采用二進制編碼，初始種群數量為1000，最大遺傳代數為200，交叉概率0.75，變異概率0.3。根據4.5求解自熱溫升響應。將暫態熱路模型的自熱溫升fem(i)與表B.1暫態)兩條曲線的偏差式（B-1）作為適應度函數：fitness=（B-1）設置收斂判據：適應度函數小于250，即平均各點溫升偏差小于0.5K，最大誤差小于5K。計算結果為：C1=619.846W.s(K.m)，C2=7321.547W.s(K.m)，R與有限元直接計算結果比較及誤差如圖B.3所示。同樣方法可得電纜2、3、4的自響應模型參數（表B.1由于埋設深度不同，且存在金屬管道的T/SMA0059-2024影響，各電纜自響應模型參數存在一定差異。R1R2L1619.8467321.5470.40260.61241805.067580.5346336.5590.38730.60281479.546604.8346386.1000.40020.58161486.549551.7945502.3600.38010.57601204.817B.2.3.2互熱模型參數求解以電纜1與電纜2間的互響應模型參數求解為例。由穩態工況，可以計算出R4=穩態溫升/熱流=20.0/78.5=0.2552K.m/W，參考B.2.3.1利用遺傳算法求解C3、R3、L2參數。計算結果為：C3=4.046W.s(K.m)，R3=1084.16K.mW，L2=282.897K.s.mW。模型響應與有限元計算結果比較及誤差如圖B.4所示。同樣可計算出其他電纜間的互熱模型參數（表B.2）。R3L2R41-2、2-14.0461084.16282.8970.25521-3、3-12.6741552.54298.6270.24591-4、4-11.1454320.25146.8330.19222-3、3-22.1142337.91259.6480.19212-4、4-21.9511966.33349.2200.23873-4、4-34.461804.439.7960.2274圖B.5為電纜群整體模型。T/SMA0059-2024B.3誤差校驗B.3.1短時工況驗證取環溫1為5℃;固定熱源取為60℃。各電纜電流隨機變化。有限元直接計算與模型計算的各電纜線芯溫升對比及誤差如圖B.6