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第1章 直埋敷设方式电缆热电耦合模型校验1

1.1 高压电力电缆的结构及各项敷设参数1

1.2 水平排列电力电缆载流量解析计算2

1.2.1 电缆内部热量传递方式2

1.2.2 导体交流电阻的计算3

1.2.3 电缆绝缘损耗计算4

1.2.4 电缆金属护套的损耗计算5

1.2.5 热阻的计算6

1.2.6 水平排列单芯电缆载流量求解7

1.3 单根电缆热电耦合特性仿真分析7

1.4 单回水平排列电缆热电耦合特性仿真分析10

1.5 多回土壤直埋敷设电缆群热电耦模型准确性校验14

第2章 双回土壤直埋敷设电缆群热电耦合特性分析16

2.1 双回土壤直埋敷设电缆上下一字排列热电耦合特性分析16

2.2 双回土壤直埋敷设电缆水平一字排列热电耦合特性分析19

2.3 双回土壤直埋敷设电缆水平三角形排列热电耦合特性分析21

2.4 土壤直埋敷设载流量影响因素分析24

2.4.1 空气温度变化对电缆载流量的影响24

2.4.2 土壤热阻系数对电缆载流量的影响25

2.4.3 土壤温度对电缆载流量的影响25

2.4.4 埋设深度对电缆载流量的影响26

2.4.5 敷设间距对电缆载流量的影响27

第3章 外热源作用下电缆暂态载流量数学模型及校验29

3.1 电缆暂态热路模型及求解29

3.1.1 建立电缆暂态热路模型29

3.1.2 简化电缆暂态热路模型30

3.1.3 求解简化后的电缆热路模型31

3.2 建立外热源作用下电缆暂态载流量数学模型34

3.2.1 建立外热源热场数学模型34

3.2.2 求解外热源热场数学模型35

3.2.3 计算电缆沟内空气温度36

3.2.4 外热源作用下电缆暂态载流量数学模型36

3.3 验证数学模型的正确性37

第4章 外热源作用下电缆稳态载流量仿真研究40

4.1 电力电缆稳态载流量解析计算40

4.1.1 计算电缆导体交流电阻40

4.1.2 计算电缆绝缘损耗41

4.1.3 计算电缆金属护套的损耗42

4.1.4 计算电缆本体热阻及外部热阻43

4.1.5 求解电缆稳态载流量44

4.2 建立外热源干扰下电缆三维仿真模型及计算45

4.2.1 确定模型假设条件45

4.2.2 建立电缆三维仿真模型45

4.2.3 确定边界条件及划分网格47

4.2.4 求解外热源作用下电缆载流量49

4.3 外热源作用下电缆载流量仿真分析及模型验证50

4.3.1 仿真结果分析50

4.3.2 模型验证52

4.4 分析外热源对电缆导体温度的影响52

4.4.1 外热源功率对电缆导体温度的影响52

4.4.2 外热源距离对电力电缆导体温度的影响53

4.5 分析外热源对电缆载流量的影响54

4.5.1 外热源功率对电缆载流量的影响55

4.5.2 外热源距离对电缆载流量的影响55

第5章 外热源作用下电缆实时载流量仿真研究57

5.1 建立外热源作用下电缆暂态温度场模型及计算57

5.1.1 建立电缆暂态温度场模型57

5.1.2 利用Crank-Nicolson差分格式求解暂态温度58

5.2 分析外热源作用下电缆实时载流量计算结果及模型验证59

5.3 外热源功率作用下电缆实时导体温度的研究分析64

5.4 外热源距离作用下电缆实时导体温度的研究分析67

第6章 外热源作用下电缆沟敷设电缆通风增容研究71

6.1 建立通风电缆沟耦合场仿真模型71

6.1.1 基本假定71

6.1.2 建立通风电缆沟耦合场仿真模型71

6.1.3 确定边界条件及划分网格72

6.2 外热源作用下电缆沟耦合特性计算及校验73

6.2.1 外热源作用下电缆沟耦合特性计算73

6.2.2 外热源作用下电缆沟耦合特性校验73

6.3 不同通风工况下电缆运行特性及增容建议77

6.3.1 分析不同通风工况下电缆温度计算结果78

6.3.2 分析不同通风工况下电缆载流量计算结果80

6.3.3 外热源作用下电缆沟内通风增容建议82

第7章 无限长自由电缆回波的时域方程与时域仿真83

7.1 简化海底电缆结构83

7.2 建立无限长自由电缆几何模型83

7.3 建立与计算无限长自由电缆回波的时域方程84

7.4 建立无限长自由电缆时域仿真模型及结果分析88

7.4.1 基本假设88

7.4.2 确定计算场域边界条件及网格划分88

7.4.3 仿真结果分析90

第8章 掩埋电缆回波的频域方程与频域仿真93

8.1 建立掩埋电缆回波的频域方程93

8.2 建立掩埋电缆频域仿真模型及结果分析95

8.2.1 定义频域仿真模型和场域边界条件95

8.2.2 仿真结果分析96

第9章 海底电缆路径精测回波试验及特征分析102

9.1 试验计划102

9.1.1 考察并选择试验场地102

9.1.2 连接仪器并分配任务102

9.2 试验过程105

9.3 试验结果分析106

9.3.1 沉积物对电缆声学波形的影响106

9.3.2 掠射角对电缆声学波形的影响107

9.3.3 深度对电缆声学波形的影响108

9.3.4 频率对电缆声学波形的影响109

9.3.5 结构对电缆声学图像的影响110

9.3.6 深度对电缆声学图像的影响112

9.3.7 掠射角对电缆声学图像的影响113

第10章 电力电缆路径检测系统的理论研究与分析116

10.1 建立等效模型求解磁场强度116

10.1.1 建立地下电缆空间等效模型116

10.1.2 电磁法求解时变磁场强度117

10.2 电磁感应法识别电缆路径118

10.2.1 计算电缆磁场强度分量118

10.2.2 极值法确定电缆位置119

10.3 磁场强度信号的采集与传输121

10.3.1 注入信号的耦合方式121

10.3.2 接收信号的场强处理122

10.4 传输线法计算电缆的交变电流123

10.5 双线圈法测定埋地电缆深度125

第11章 电力电缆路径检测系统的硬件设计128

11.1 硬件设计原则及整体功能实现128

11.1.1 硬件设计基本原则及方法128

11.1.2 硬件部分整体功能实现129

11.2 核心控制模块设计130

11.2.1 系统核心处理器的选取130

11.2.2 STM32F103CET6模块设计131

11.3 电磁处理模块电路设计131

11.3.1 脉冲激励电路设计132

11.3.2 地平衡处理电路设计132

11.3.3 电磁信号处理电路设计133

11.3.4 复位预警电路设计133

11.4 通信模块电路设计136

11.4.1 GPS控制电路设计136

11.4.2 存储电路设计136

11.5 输入输出模块电路设计137

11.5.1 扬声器电路设计137

11.5.2 键盘接口及指示灯电路设计138

11.5.3 LCD电路设计139

11.6 其他辅助电路设计139

11.6.1 电源电路设计139

11.6.2 固定频率音频信号输出控制电路设计140

11.6.3 时钟及复位电路设计141

第12章 电力电缆路径检测系统的软件设计142

12.1 软件设计原则及整体功能实现142

12.1.1 软件设计基本原则及方法142

12.1.2 软件系统的整体功能实现142

12.2 系统控制核心模块设计143

12.2.1 GPS与UART通信模块设计143

12.2.2 多通道数据采集程序设计144

12.2.3 电缆埋藏深度和电流检测模块设计145

12.3 辅助模块设计146

12.3.1 FLASH读写程序设计146

12.3.2 液晶显示界面设计147

第13章 系统的组装调试及现场实测149

13.1 系统组装调试149

13.2 不同工况下的系统现场实测及数据结果比对150

13.2.1 直埋于土壤植被下的电缆路径现场实测150

13.2.2 城市道路设施下的电缆路径现场实测152

13.2.3 电缆沟内的电缆路径现场实测154

13.3 整体试验结果综合分析155

参考文献158