本发明涉及高压直流电缆，具体地指一种高压直流电缆载流量计算方式及其应用。

　　1、近年来，海上风电场快速地发展，随着风电场离岸距离越来越远，海底电缆成为项目投资主要影响因素之一。在海底电缆的选型工作中，需要对电缆材料的热特性做多元化的分析，以确保线芯导体在流过电流时产生的热量不会损坏电缆各层结构材料和自身常规使用的寿命。载流量指的是海底电缆在给定的敷设方法和环境条件下，能够使海底电缆在其允许的最高工作时候的温度下稳定运行的电流能力。如果线芯导体所传输的电流大于载流量，会使各层温度超过最高允许温度，影响电缆安全稳定运行。通常根据电缆所采用的在允许电压下不导电的材料的耐热温度极限来计算电缆的载流量。

　　2、在实际工况中，电缆厂商通常只提供典型敷设情况下的电缆载流量参考值，然而实际敷设环境复杂多样。因此，确保电缆载流量计算的准确性对于使电缆在实际的敷设环境中发挥最大价值至关重要，准确计算海底电缆的载流量可以最大限度地合理规划利用电缆，并节约工程投资。

　　3、直流电缆是直流输电的重要组成部分，特别是随着柔性直流输电的推广，高压直流电缆的需求日渐提高。高压直流电缆慢慢的变成了海岛联网、清洁能源送出和电力系统互联的重要手段。目前计算电缆载流量常用的iec 60287标准基于交流电缆载流量计算方式的简化，给出了5kv及以下直流电缆载流量计算公式，但是对于5kv以上的直流电缆，特别是高压直流电缆的载流量计算方式，没有给出明确数值计算公式。iec 60287为电力电缆的载流量计算提供了标准方法，但计算所涉及的边界条件最简单，而实际工程中电缆线路的敷设情况及周围环境日趋复杂，远远超出了iec 60287所涵盖的范围。数值计算法能更好的贴近电缆运行的真实的情况，确定电缆和环境区域的温度场分布，但建模及计算过程较为复杂，其应用场景范围现在仍主要是研究领域。

　　4、直流电缆绝缘层电场强度的分布受材料电阻率影响，而电阻率对气温变化较为敏感，因此场强分布随着电缆运作时的状态发生明显的变化，在载流量计算中需要予以特殊考虑。

　　5、因此，发明人考虑研究一种考虑绝缘允许温差限制和场强限制的高压直流电缆载流量计算方式，以实现高压直流电缆载流量的精准计算。

　　1、为克服上述技术的不足，本发明提供了一种高压直流电缆载流量计算方式及其应用，解决高压直流电缆载流量计算结果不准确、计算过程复杂的问题，可实现高压直流电缆载流量的精准计算，达到合理规划利用电缆、保证线路安全、稳定、高效运行的目的。

　　3、一种高压直流电缆载流量计算方式，包括考虑绝缘允许温差限制和场强限制进行电缆载流量的计算；所述电缆为高压直流电缆。

　　5、(1)根据电缆参数和外部敷设条件，建立电缆载流量计算的等效热路模型；

　　6、(2)基于所述等效热路模型计算由电缆线芯最高允许工作时候的温度θcm所决定的载流量idc；

　　7、(3)基于载流量idc计算绝缘温差δθ，并比较绝缘温差δθ与绝缘温差允许值δθm；

　　8、若δθ≤δθm，说明由电缆线芯允许温度确定的载流量满足绝缘温差要求；

　　9、若δθδθm，则表明由电缆线芯允许温度确定的载流量导致绝缘温差过大，不满足规定的要求，应以绝缘温差为限制条件重新设计电缆载流量；

　　11、(5)根据电缆参数和敷设条件，获得电缆的最大设计场强emax和局部场强econst；

　　12、(6)根据电缆的最大设计场强emax和局部场强econst，计算考虑场强限制的电缆允许载流量ie；

　　13、(7)对比考虑绝缘允许温差限制时新的电缆载流量idc和考虑场强限制的电缆允许载流量ie，选用其中数值大的作为电缆载流量输出。

　　16、式中，idc为电缆载流量，单位为a；θcm为电缆线芯最高允许工作时候的温度，单位为℃；θ0为环境和温度，单位为℃；r′为单位长度电缆线芯的直流电阻，单位为ω/m；t1、t2、t3、t4分别为所述等效热路模型中绝缘层热阻、内衬层热阻、外被层热阻、周围媒质热阻，单位为tω·m；n为载流的电缆芯数。

　　19、优选地，所述步骤(4)中，当绝缘温差超过绝缘温差允许值δθm时，通过以下公式计算电缆线、然后以电缆线芯导体温度θc作为电缆线芯最高允许工作时候的温度，代替θcm，重新计算考虑绝缘允许温差限制时新的电缆载流量idc′，计算公式为：

　　23、其中，单位长度电缆线芯的直流电阻r′以电缆线芯导体温度θc重新确定取值。

　　24、优选地，所述步骤(5)中，电缆最大设计场强emax由电缆材料及各参数确定。

　　25、优选地，所述步骤(5)中，局部场强econst的计算公式为econst＝u/(ro-ri)；其中，u为导体对地电压，单位为kv；ro为绝缘层外半径，单位为mm；ri为绝缘层内半径，单位为mm。

　　26、优选地，所述步骤(6)中，考虑场强限制的电缆允许载流量ie的计算公式为式中，wc为导体焦耳损耗，单位为w/m；rdc为单位长度电缆线芯在θc下的直流电阻，单位为ω/m。

　　29、式中，ρt为绝缘热阻系数，单位为k·m/w；α为电缆绝缘层材料的温度系数；γ为电缆绝缘层材料的场强系数；

　　30、所述rdc由以下式子计算得到：rdc＝r20[1+α20(θc-20)]；r20为单位长度电缆线℃时的直流电阻，单位为ω/m；α20为20℃时电缆线、本发明还提供了上述高压直流电缆载流量计算方式在高压直流电缆敷设中的应用，所述高压直流电缆为标称电压在5kv以上的直流电缆。

　　33、本发明设计的高压直流电缆载流量计算方式非常适合于5kv以上的高压直流电缆。直流电缆绝缘层中的电场分布取决于电导率，受温度和场强的影响，电缆载流量过大会使得绝缘层两端温差增大，电场翻转，绝缘屏蔽处场强过高。因此，直流电缆载流量除了受限于线芯最高允许工作时候的温度，还一定要满足绝缘层最大允许温差和绝缘层最大允许场强的要求。本发明以直流电流等效热路模型为基础，同时考虑线芯最高允许温度、绝缘层最大允许温差和绝缘层最大允许场强的限制，提出一种直流电缆线路载流量计算方式，具有计算结果准确，符合实际需求的特点。

　　34、本发明设计的考虑绝缘允许温差限制和场强限制的高压直流电缆载流量计算，不但可以帮助工程人员更好地了解海底电缆的敷设特性，更能够保证线路安全稳定高效地运行、避免不必要的投资，对海岛联网、清洁能源送出和电力系统互联项目的长远发展具备极其重大的意义。