2023年2月电工技术学报Vol.38No.4第38卷第4期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYFeb.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211715饱和多孔介质对流特性对高压交流海底电缆载流性能的影响刘士利1罗英楠1刘宗烨2付转古1刘庆达3（1.现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室（东北电力大学）吉林1320122.先进输电技术国家重点实验室（全球能源互联网研究院有限公司）北京1022093.国网吉林供电公司吉林132011）摘要精确分析海底电缆的载流性能对于提高海上风电系统的经济性具有重要意义，而现有计算方法未能表征多孔介质的对流换热效应对海底电缆温度场和载流量的影响。针对海床沙土的多孔介质属性，构建了海底电缆的电-磁-热-流多场耦合模型，研究了其周围饱和多孔介质中的对流换热过程，分析了多孔介质渗透率对温度场及对流换热强度的影响；结合导热系数、电缆埋深和三相间距等载流量影响因子分析，通过和IEC计算结果对比，讨论了渗透率对海底电缆载流特性的影响规律。分析结果表明，该文模型提高了海底电缆载流量的计算精度；当海床沙土的渗透率大于10-12m2时，海底电缆的载流量随渗透率变大而明显提升，此时电缆周围介质中对流换热过程占主导地位；而现有方法由于普遍将海床沙土简化为没有空隙的固体，而导致海底电缆载流量计算结果明显偏低且不受渗透率影响。该文研究结果为改善海底电缆载流性能提供了参考。关键词：海底电缆多孔介质渗透率载流量对流换热中图分类号：TM2470引言近年来，随着各国对能源脱碳的重视，海上风电以其能量效益高、适于集中开发等优势，逐渐成为能源转型的重点方向之一[1]。截止2020年底，全球海上风电累计装机容量已高达40GW左右[2]。我国虽然海上风能资源丰富且靠近东部电力负荷中心，但由于海上风电的关键技术研发与商业化进程起步较晚，因此海上风电开发程度明显低于欧洲国家[3-5]。当前我国海上风能开发正面临建设成本高、技术难度大等一系列挑战，其中跨海大规模高效输电是需要探索的关键问题之一[6]。高压海底电缆是海上风电传输系统的重要组成部分，所以构建精确的多场耦合模型，准确分析海底电缆与周围媒质间的传热过程，对于充分发挥其载流能力，提高海上风电系统的经济性具有重要意义。研究表明，海底电缆的运行环境与陆地电缆存在较大差异[7]，其中最明显的区别在于海底电缆与周围媒质的传热过程不仅包含热传导还涉及更为复杂的对流换热过程[8-9]。然而目前对于海底电缆温度场和载...
