【精彩论文】大截面高压电缆金具电磁-结构瞬态耦合分析

观点凝练

摘要：电缆金具对电缆起着固定和支撑作用，电网短路时，电缆金具将承受巨大的电动力，其机械性能劣化，会对电网的稳定运行构成严重威胁。采用载荷传递的顺序耦合方法，建立电缆金具系统的电磁-结构有限元模型，以虚位移法和麦克斯韦电磁理论为基础，对电缆金具系统进行瞬态电磁场分析，得到其短路电动力和磁场分布情况，将电动力作为激励源对电缆金具进行结构瞬态动力学分析，研究其力学特性。结果表明：电缆所受瞬态电动力呈周期性变化，周期与工频周期有关，随周期增加，每个周期的瞬态电动力峰值逐步衰减；中间相电缆夹具应力水平最大，在夹具底座安装板拐角处出现了塑性变形；相对于电缆支架，电缆夹具的应力水平受静力、动力分析方法影响较小，若只对电缆夹具的应力水平做定性分析，可以采用静力分析方法，若想准确、定量分析电缆夹具的应力水平，建议采用瞬态动力学方法。电缆支架的应力水平受静力、动力分析方法影响较大，当电缆夹具采用水平“一”字形布置时，宜采用瞬态动力学分析方法。
结论：本文采用载荷传递的顺序耦合方法，建立了电缆金具系统的电磁-结构有限元模型，基于麦克斯韦电磁理论与虚位移法，对电缆进行瞬态电磁场分析得到作用在电缆上的短路电动力，并在此基础上对电缆金具进行结构瞬态动力学分析，计算电缆金具的位移、应力。得到如下结论。

（1）电缆所受瞬态电动力呈周期性变化，周期与工频周期有关，各周期的瞬态电动力随周期增加峰值逐步衰减；各瞬态电磁力波形为非正弦，含有不同阶次的谐波。A、B、C三相中，中间相B相电缆所受电动力最大。

（2）A、B、C三相电缆夹具中，中间相B相电缆应力水平最大，下底座上应力水平较大，特别是在夹具底座安装板拐角处，最大应力已超过了材料的屈服强度，出现了一定的塑性变形，当塑性变形超过材料的变形极限时，就会引起夹具的破坏，因此在进行夹具设计时，应对下底座安装板拐角处进行加固。

（3）相对于电缆支架，电缆夹具的应力水平受静力、动力分析方法影响较小，若只对电缆夹具的应力水平做定性分析，可以采用静力分析方法，这种分析方法计算速度快、节省计算资源；若想准确、定量分析电缆夹具的应力水平，建议采用瞬态动力学方法。

（4）电缆支架的应力水平受静力、动力分析方法影响较大，当电缆夹具采用水平“一”字形布置时，宜采用瞬态动力学分析方法。

引文信息

孙娜, 刘胜春, 许爱斌, 等. 大截面高压电缆金具电磁-结构瞬态耦合分析[J]. 中国电力, 2021, 54(4): 72-79.SUN Na, LIU Shengchun, XU Aibin, et al. Electromagnetic-structure transient coupling analysis of large cross-sectional high voltage cables[J]. Electric Power, 2021, 54(4): 72-79.

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编辑：于静茹校对：许晓艳审核：方彤

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