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学术盘点 | 2022—2024年《电线电缆》仿真分析论文汇编

来源：作者：时间：2025-02-13

编者按：

长距离、大跨度、复杂环境用电缆的需求日益增加，一般这类电缆工程造价高、可靠性要求高，研究过程中需要通过仿真工具和数值分析，模拟特定环境下的结构设计、材料性能和运行状态。为展示该领域的研究进展，《电线电缆》编辑部盘点近三年刊发的仿真分析论文如下（按发表时间排序），欢迎广大学者阅读参考。

1.基于负荷电流计算交流海底电缆铠装接地电流的方法

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作者：冯治敬强赵贺胡飞接晓霞文龙袁静静

摘要：海底电缆铠装与大地连接形成回路，高压交流电缆线芯的负荷电流通过电磁感应在海底电缆铠装层产生感应电压，感应电压通过回路形成铠装接地电流。铠装接地电流已在海底电缆安全运行和载流量计算等方面广泛应用。文中建立海底电缆接地电流的计算模型，根据基尔霍夫电压定律对模型中的回路列写方程组，方程组右侧的铠装层感应电压依据电磁感应定律可以被线芯负荷电流线性表示。通过克拉默法则计算方程组的解，铠装接地电流被负荷电流通过电缆相间距离和本体结构参数组成的行列式线性表达。舟山—宁波500kV交流海底电缆实际运行案例表明，基于负荷电流计算铠装接地电流的方法简单、有效、可行。

引用格式：

冯治, 敬强, 赵贺, 等. 基于负荷电流计算交流海底电缆铠装接地电流的方法[J]. 电线电缆, 2024, 67(6): 35-40.

FENG Z, JING Q, ZHAO H, et al. A Method for Calculating Grounding Current of AC Submarine Cable Armor Based on Load Current[J].Wire & Cable, 2024, 67(6): 35-40.

2.聚四氟乙烯/聚酰亚胺复合绝缘航空线载流量仿真

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作者：韩永进朱敏张振刘旌平

摘要：聚四氟乙烯/聚酰亚胺复合绝缘航空线是飞机中用量较大的一类线缆，其载流量对飞机的电气线路互联系统（EWIS）设计具有极其重要的作用。基于电磁热多物理场耦合模型，采用COMSOL软件对6AWG、10AWG、16AWG这3种规格的聚四氟乙烯/聚酰亚胺复合绝缘航空线进行载流量建模仿真，并与实测数据和SAE AS50881H:2023中的数据进行对比，验证仿真结果的正确性。该研究可为航空线缆EWIS设计提供一种简单有效的方法。

引用格式：

韩永进, 朱敏, 张振, 刘旌平. 聚四氟乙烯/聚酰亚胺复合绝缘航空线载流量仿真[J]. 电线电缆, 2024, 67(5): 36-40.

HAN Y J, ZHU M, ZHANG Z, et al. Current Carrying Capacity Simulation of PTFE/PI Combined Insulated Aerospace Wires[J].Wire & Cable, 2024, 67(5): 36-40.

3.基于SIMULINK仿真的海上风电用海缆行波法故障定位

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作者：孙兆恒李宁祁雷张永明杨建军朱嵘华

摘要：随着海上风电产业的迅速发展，大量海缆被应用于海上风电场中，承担信息与电力的传输任务。海缆出现故障将严重影响海上风电场的正常运行，对海缆进行故障定位研究具有重要意义。基于SIMULINK仿真平台，模拟海缆不同故障类型下的行为；同时，模拟特定位置故障，并利用行波法提取故障后的暂态行波信号获得正向和反向行波。采用单端行波定位和双端行波定位两种算法，依据行波到达时间差可确定故障位置。结果显示，单端行波法和双端行波法均能够有效定位故障，其中双端行波法的定位精度更高，故障点距离测量端较远时定位结果更加准确。

引用格式：

孙兆恒, 李宁, 祁雷, 等.基于SIMULINK仿真的海上风电用海缆行波法故障定位[J]. 电线电缆, 2024, 67(4): 37-41.

SUN Z H, LI N, QI L, et al. Traveling Wave Method Fault Location of Offshore Wind Power Submarine Cables Based on SIMULINK Simulation[J]. Wire & Cable, 2024, 67(4): 37-41.

4.直流海底电缆负荷循环试验温度仿真分析

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作者：王东旭全亚明王雅玲张慧甍陈慧雄赵文明

摘要：为了推进高压直流交联聚乙烯海底电缆仿真的发展，促进直流海底电缆仿真的实际应用，在工厂内部对直流海底电缆进行24h负荷循环试验，记录不同加热时间下电缆内外温度，使用有限元仿真软件建立交联聚乙烯直流海底电缆仿真模型。对比仿真数据与工厂试验数据，并结合实际情况，确保仿真模型的可行性和准确性，同时用理论模型校准试验数据，避免设备问题导致的测量误差。仿真模型的准确建立有利于减少直流海底电缆的研发设计周期，为高压直流海底电缆的结构和性能设计提供一定的理论支持。

引用格式：

王东旭, 全亚明, 王雅玲,等. 直流海底电缆负荷循环试验温度仿真分析[J]. 电线电缆, 2024, 67(3): 55-60.

WANG D X, QUAN Y M, WANG Y L, et al. Temperature Simulation Analysis in Load Cycle Test of DC Submarine Cable [J]. Wire & Cable, 2024, 67(3): 55-60.

5.水下生产系统用动态脐带缆疲劳问题的研究进展与展望

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作者：尹原超吴尚华卢青针卢海龙阎军

摘要：围绕水下生产系统用动态脐带缆（以下简称动态脐带缆）多构件、多层螺旋缠绕的结构特点，全面总结了动态脐带缆疲劳失效形式、疲劳寿命分析方法和疲劳试验测试技术等方向的研究进展。通过对动态脐带缆疲劳问题研究方法与热点的详细阐述，揭示了该领域的主要研究成果和关键技术难点，展望了动态脐带缆未来发展的主要技术需求和研究方向，为动态脐带缆在海洋油气资源开发中的长寿命工程应用提供了基础理论和技术参考（引用文献104篇）。

引用格式：

尹原超, 吴尚华, 卢青针, 等. 水下生产系统用动态脐带缆疲劳问题的研究进展与展望[J]. 电线电缆, 2024, 67(2): 1-10.

YIN Y C, WU S H, LU Q Z, et al. Prospect and Progression of Fatigue Problems in Dynamic Umbilical for Underwater Production Systems[J]. Wire & Cable, 2024, 67(2): 1-10.

6.有缆无人潜水器用多层脐带缆温度场仿真研究

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作者：关宇洋刘志杰全亚明张慧甍陈慧雄

摘要：脐带缆作为有缆无人潜水器（ROV）电力和信号传输的关键组件，工作时须缠绕在绞车上。在运行过程中，脐带缆的温升易受内部损耗的影响，并且长期处在高温环境下，会加速绝缘老化，甚至诱发击穿。为保证脐带缆在作业下安全运行，需要对其电磁和温度特性进行分析。基于有限元仿真软件COMSOL建立电磁和温度等多物理场耦合模型，结合筒体结构、电缆缠绕层数，以及工作过程中的热传导、热对流等因素，研究了线芯损耗特征与多物理场耦合后的温度分布、散热特性，并分析了脐带缆在不同负载、绕组下对温度场分布的影响，以期为脐带缆的设计和多层脐带缆的配置提供理论支持。

引用格式：

关宇洋, 刘志杰, 全亚明, 等. 有缆无人潜水器用多层脐带缆温度场仿真研究[J]. 电线电缆, 2024, 67(2): 33-36.

GUAN Y Y, LIU Z J, QUAN Y M, at al. Analysis of Temperature Field Simulation for Multi-layer Umbilical Cable of Remotely Operated Vehicle[J]. Wire & Cable, 2024, 67(2): 33-36.

7.直埋电缆的暂态温升特性及波动负荷输送能力研究

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作者：但京民李文清崔戎舰刘英李健吴高波

摘要：介绍了梯形等效热路模型的建立方法，给出了分层确定损耗、热阻、热容等参数，并计算外加任意负荷下电缆暂态温升的分析流程，以单芯电缆在阶跃负荷下的温升特性为例，验证了模型及程序的有效性。在此基础上，针对三芯海缆结构提出了基于热阻相等原则的等效方案，并以330kV 3×1000mm²电缆为例，在典型风电场波动负荷作用下，研究了电缆温度随时间的变化特性，程序计算结果与有限元仿真数据一致。研究表明，直埋电缆热时间常数大，具备良好的短时过载及波动过载能力；利用等效热路模型及程序算法可确定单芯及多芯电缆的暂态热场响应特性，从而为应用于如风电场这类波动负荷传输的电缆实际负载能力评估提供技术依据，优化了电缆选型及参数设计。

引用格式：

但京民, 李文清, 崔戎舰, 等. 直埋电缆的暂态温升特性及波动负荷输送能力研究[J]. 电线电缆, 2023(6): 34-41.

DAN J M, LI W Q, CUI R J, et al. Study on Transient Thermal Response and Fluctuating Load Transmission Capability of Power Cables Buried in Earth[J]. Wire & Cable, 2023(6): 34-41.

8.10kV XLPE电缆中间接头复合缺陷电场分布仿真研究

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作者：邓镓屹王星华聂一雄

摘要：以10kV交联聚乙烯（XLPE）电缆中间接头为研究对象，基于Ansys Maxwell平台建立电缆中间接头的3D模型，除考虑气隙、受潮、导电颗粒和针尖等典型单一缺陷对电场分布的影响外，还结合现场实际安装过程，在较薄弱的部位施加几种复合缺陷，通过有限元计算分析中间接头内部的电场分布情况。结果表明：中间接头内部主绝缘存在复合缺陷时，缺陷处的电场强度随着其深度加深而不同，即使是微小的缺陷也会导致内部的电场分布发生畸变；XLPE处的导电尖端是电场强度最集中、畸变最严重的部位，样本数据的电场强度最大值高达6.365MV·m^-1若不及时处理将导致绝缘击穿。该计算结果可供工程应用参考，用于指导中间接头的安装和预防绝缘击穿。

引用格式：

邓镓屹, 王星华, 聂一雄. 10kV XLPE电缆中间接头复合缺陷电场分布仿真研究[J]. 电线电缆, 2023(5): 47-53.

DENG J Y, WANG X H, NIE Y X. Simulation Research on Electric Field Distribution of 10kV XLPE Cable Intermediate Joint Defect[J]. Wire & Cable, 2023(5): 47-53.

9.高压电缆户外终端绝缘填充液低温特性研究

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作者：徐晓峰

摘要：本工作对高压电缆户外终端绝缘填充液材料进行了分析，对典型材料低温性能开展了试验验证，并对绝缘填充液-预制绝缘件界面进行了热场仿真和电场仿真计算，模拟界面缺陷，分析潜在放电风险。得出运行终端内绝缘填充液最低温度近似等于环境温度的结论，该结论可指导材料选择；并给出绝缘填充液标准化、选型验证的建议。

引用格式：

徐晓峰. 高压电缆户外终端绝缘填充液低温特性研究[J]. 电线电缆, 2023(4): 1-4.

XU X F. Research on the Low-Temperature Characteristics of Outdoor Terminal Insulation Filling Liquid for High-Voltage Cables[J]. Wire & Cable, 2023(4): 1-4.

10.35kV聚丙烯绝缘电缆的温度特性研究

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作者：夏云海冯咏生侯虹剑缪双双张建民

摘要：聚丙烯（PP）绝缘材料的熔点为160℃左右，高于交联聚乙烯（XLPE）熔点，电缆运行温度由90℃提高至105℃时，电缆载流量可提高10%以上，从而提高电缆的传输容量。本工作针对中压PP绝缘电缆进行温度特性技术研究，在型式试验中导体温度为110～115℃,顺利通过型式试验的电气试验；为验证热塑性PP绝缘电缆短路时产生的高温对绝缘的破坏程度，对PP绝缘电缆的进行热稳定试验，试验结果表明，通过导体热稳定试验、金属屏蔽热稳定试验、动态稳定试验后，PP缆芯无可见损坏。

引用格式：

夏云海, 冯咏生, 侯虹剑,等. 35kV聚丙烯绝缘电缆的温度特性研究[J]. 电线电缆, 2023(4): 42-45.

XIA Y H, FENG Y S, HOU H J,et al. Temperature Characteristics of 35kV Modified Polypropylene Insulated Cable[J]. Wire & Cable, 2023(4): 42-45.

11.高压XLPE电缆主绝缘典型缺陷形态对电场畸变影响的仿真分析

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作者：夏俊峰施楠楠孙建生

摘要：高压交联聚乙烯（XLPE）电缆主绝缘内部微孔及绝缘-半导电屏蔽界面突起缺陷会导致其邻域内电场发生畸变，是造成高压XLPE电缆绝缘故障的重要原因。缺陷导致的电场畸变程度与缺陷的几何形态密切相关。现行国家标准中规定了各电压等级XLPE绝缘高压电缆中的微孔、突起等缺陷的尺寸限值，但未考虑缺陷几何形态对电场畸变的影响。本工作选取电缆绝缘内部微孔，半导电屏蔽层进入绝缘层内部的突起和绝缘进入半导电屏蔽层内部的突起3种典型缺陷，建立表征缺陷形态的几何模型，通过有限元法计算缺陷附近的电场分布，研究缺陷形态对电场畸变的影响。结果显示，缺陷的形状及其在绝缘内的取向是决定局部电场畸变程度的主要因素，而缺陷的尺寸主要影响电场畸变区域的范围。缺陷最大尺寸相同时，通过改变缺陷形态，也可以有效降低缺陷造成的电场畸变。

引用格式：

夏俊峰, 施楠楠, 孙建生. 高压XLPE电缆主绝缘典型缺陷形态对电场畸变影响的仿真分析[J]. 电线电缆, 2022(6): 1-6.

XIA J F, SHI N N, SUN J S. Simulation of Electric Field Distortion Caused by Main Insulation Defects Morphology of XLPE Power Cable[J]. Wire & Cable, 2022(6): 1-6.

12.三芯高压直流海缆结构设计及性能研究

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作者：严彦李盛涛葛言杰徐宇峰蔡爱琴蔡华梁晨晨

摘要：基于三芯交流海缆及单芯直流海缆的结构特点，对三芯高压直流海缆进行结构设计，采用有限元法对单芯直流海缆和三芯直流海缆进行机械性能和电气性能仿真。结果表明，三芯直流海缆敷设深度是单芯直流海缆的78%；在特定工况下，三芯直流海缆正常运行时载流量为单芯直流海缆的83%，在极性缆一级故障情况下另一根极性缆可与回流缆配合进行电能传输，输送容量可达到单芯海缆正常运行时的73%；三芯直流海缆占用路由宽度是单芯直流海缆的50%，敷设次数仅为单芯直流海缆的33%。综合考虑三芯直流海缆可降低敷设成本，提升海洋资源利用，是未来发展趋势。

引用格式：

严彦, 李盛涛, 葛言杰,等. 三芯高压直流海缆结构设计及性能研究[J]. 电线电缆, 2022(6): 7-11.

YAN Y , LI S T, GE Y J, et al. Structural Design and Performance Study of Three-core HVDC Submarine Cable[J]. Wire & Cable, 2022(6): 7-11.

来源 | 上缆所传媒

文字 | 《电线电缆》编辑部

编辑 | 王沐木

审核 | 何晓芳

【声明】本文为原创内容，版权归“上缆所传媒”所有，未经授权请勿转载。

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