專利名稱：電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電纜導(dǎo)體的溫度測(cè)量技術(shù)，具體涉及測(cè)量電纜導(dǎo)體溫度的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
電力電纜導(dǎo)體載流量幅值變化的最直接特征量是導(dǎo)體溫度變化，一旦確定了電纜導(dǎo)體暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)溫度，就很容易確定電力電纜線路暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)載流量，但是直接測(cè)量電纜導(dǎo)體溫度尚存在技術(shù)困難。目前確定電纜載流量是借助于熱電偶或連續(xù)測(cè)量電力電纜線路外表面溫度，然后依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)所提供的通過(guò)電纜外表面溫度獲得導(dǎo)體溫度的方法來(lái)確定導(dǎo)體溫度，進(jìn)而確定電纜載流量，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)導(dǎo)體穩(wěn)態(tài)溫度的確定方式是在穩(wěn)態(tài)前提下，根據(jù)電纜用于交流系統(tǒng)還是直流系統(tǒng)以及敷設(shè)方式的不同，結(jié)合電纜敷設(shè)環(huán)境，并假設(shè)電纜導(dǎo)體達(dá)到最高允許的工作溫度，運(yùn)用傳熱學(xué)原理獲得電纜的導(dǎo)體溫度。對(duì)于導(dǎo)體暫態(tài)溫度，IEC標(biāo)準(zhǔn)將電纜分為35kv及以下電纜和35kv以上電纜兩類， 對(duì)它們采用不同的計(jì)算方式。對(duì)于35kv及以下電纜，標(biāo)準(zhǔn)給出了在加載周期性載荷和短時(shí)負(fù)荷時(shí)的通過(guò)電纜外表面溫度計(jì)算導(dǎo)體溫度的方法，這類電纜可忽略熱容影響。對(duì)于35kv 以上的電纜，在周期性負(fù)荷下，電纜熱容不可忽略，電纜導(dǎo)體溫度的變化分為穩(wěn)態(tài)溫升和暫態(tài)溫升兩部分的總和。穩(wěn)態(tài)溫升時(shí)導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法與上述穩(wěn)態(tài)前提下導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法相似。暫態(tài)溫升時(shí)導(dǎo)體溫度的計(jì)算方法是采用集中熱路思想，將電纜用集中參數(shù)的熱路表示，根據(jù)傳熱學(xué)原理獲得。但是目前IEC標(biāo)準(zhǔn)所提供的確定電纜導(dǎo)體暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)溫度的方法有以下缺陷由于該標(biāo)準(zhǔn)是基于以下假設(shè)1.大地表面為等溫面；2.電纜表面為等溫面；3.疊加原理適用。但實(shí)際上電纜周圍介質(zhì)非常復(fù)雜土壤不均勻、含水量不相同；城市供電系統(tǒng)的電纜線路，日負(fù)荷電流變化很大等。以上因素?zé)o法滿足規(guī)程假設(shè)，進(jìn)而造成誤差較大。另外，該方法假設(shè)電纜為100%負(fù)荷且處在最惡劣的環(huán)境條件中，因此計(jì)算結(jié)果往往存在過(guò)大的裕度。例如交聯(lián)聚乙烯在載流量偏大6. 5 %時(shí)，容許工作溫度值超過(guò)8 %，此時(shí)電纜壽命減少一半。 若以6kv交聯(lián)聚乙烯為例，若載流量偏低12.6%，則電纜投資增加17.2%。進(jìn)一步，IEC標(biāo)準(zhǔn)提供100%穩(wěn)態(tài)載流量的方法對(duì)環(huán)境狀態(tài)做出簡(jiǎn)單，均勻的假設(shè)，其暫態(tài)方法也對(duì)日負(fù)荷曲線做出一致性假設(shè)，因此，其載流量的結(jié)果始終和許多不確定因素相關(guān)。出于這些擔(dān)憂， 目前電力部門控制的實(shí)際使用負(fù)荷通常不超過(guò)計(jì)算額定值的70% ；而另一方面，在夏季用電高峰加載大電流時(shí)，由于各種參數(shù)的不確定性而難于做出決定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電纜導(dǎo)體溫度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法，能夠提高測(cè)量電纜導(dǎo)體溫度的準(zhǔn)確性，進(jìn)而能夠提高載流量。本發(fā)明提供的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)方法，包括步驟
監(jiān)測(cè)電纜導(dǎo)體的外護(hù)套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流；根據(jù)電纜導(dǎo)體的傳熱特性預(yù)先對(duì)將所述電纜導(dǎo)體刨分成導(dǎo)體層、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、墊層、氣隙層、鋁護(hù)套屏蔽層、外護(hù)套層；根據(jù)電纜各層材料的導(dǎo)熱性能獲得所述電纜導(dǎo)體每個(gè)層的熱阻以及所述電纜導(dǎo)體每個(gè)層產(chǎn)生的損耗；根據(jù)所述熱阻、所述損耗、所述電纜導(dǎo)體的外護(hù)套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流利用節(jié)點(diǎn)法獲得電纜導(dǎo)體的溫度，所述電纜導(dǎo)體的溫度包括電纜導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫度和所述電纜導(dǎo)體的暫態(tài)溫度；根據(jù)所述電纜導(dǎo)體的溫度監(jiān)測(cè)所述電纜導(dǎo)體的載流量。本發(fā)明還提供監(jiān)測(cè)電纜導(dǎo)體的線芯溫度的系統(tǒng)，包括表面溫度檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)電纜外護(hù)套表面溫度；電流檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)電纜導(dǎo)體的線芯電流；導(dǎo)體溫度獲取模塊，用于根據(jù)電纜各層材料的導(dǎo)熱性能獲得所述電纜導(dǎo)體每個(gè)層的熱阻以及所述電纜導(dǎo)體每個(gè)層產(chǎn)生的損耗；所述電纜導(dǎo)體刨分成導(dǎo)體層、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、墊層、氣隙層、鋁護(hù)套屏蔽層、外護(hù)套層；根據(jù)所述熱阻、所述損耗、所述電纜導(dǎo)體的外護(hù)套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流利用節(jié)點(diǎn)法獲得電纜導(dǎo)體的溫度，所述電纜導(dǎo)體的溫度包括電纜導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫度和所述電纜導(dǎo)體的暫態(tài)溫度；載流量監(jiān)測(cè)模塊，用于根據(jù)電纜導(dǎo)體暫態(tài)溫度和穩(wěn)態(tài)溫度監(jiān)測(cè)對(duì)當(dāng)前的載流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本發(fā)明通過(guò)測(cè)量導(dǎo)體表面溫度和運(yùn)行電流獲得電纜導(dǎo)體實(shí)時(shí)溫度，從而實(shí)現(xiàn)電纜載流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，能夠根據(jù)電纜導(dǎo)體溫度預(yù)測(cè)電流載流量以及提高電纜短時(shí)載流量裕度空間。可準(zhǔn)確評(píng)估高壓電纜的載流量，為是否更換重負(fù)荷電纜線路提供可靠依據(jù)。同時(shí)本發(fā)明提供的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)運(yùn)行電纜的載流能力進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估，為調(diào)度系統(tǒng)及時(shí)可靠調(diào)度提供依據(jù)和緊急預(yù)警。本發(fā)明具有很高的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)高壓電纜線路采用更換線路的增容策略，1條IlOkV線路的更換即高達(dá)上千萬(wàn)元。本發(fā)明的研究成果，可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷特性準(zhǔn)確評(píng)估高壓電纜線路的實(shí)際載流量。


圖1為IlOkv的單芯電纜的剖面圖；圖2為本發(fā)明的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)方法流程圖；圖3為一個(gè)實(shí)施例中穩(wěn)態(tài)下的單芯電纜等效電路圖；圖中T1是電纜導(dǎo)體表皮溫度；T2 Τη_3是電纜絕緣層各分層溫度；Τη_2是墊層溫度；Tlri是氣隙層溫度；τη是電纜金屬屏蔽層溫度；Ttl是電纜外護(hù)套表面溫度；Ttjl-Tran是電纜外部熱源溫度氓 Rn-3是電纜絕緣層各分層和屏蔽層熱阻；Rlri是氣隙熱阻；I^n是電纜外護(hù)套熱阻；Rtjl-Rtjm是電纜外部熱源至電纜表面介質(zhì)熱阻；Q1'是電纜導(dǎo)體產(chǎn)生的損耗；Q2 Qn_3是電纜各分層介損；化是電纜金屬屏蔽損耗。圖4為一個(gè)實(shí)施例中電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)方法流程圖；圖中T1是電纜導(dǎo)體表面溫度；T2 Τη_3是電纜主絕緣各分層溫度；Τη_2是墊層溫度；Tlri是氣隙溫度；Tn是電纜金屬屏蔽層溫度；Τ。是電纜表面溫度；!^ ！》是電纜外部熱源溫度；C/是電纜導(dǎo)體熱容；C/’、C2 Cn_3是電纜主絕緣各分層熱容；Cn_2是墊層熱容；Clri 是氣隙熱容；Cn’是電纜金屬屏蔽層熱容；Cn”是電纜外護(hù)層熱容；C。是電纜外部介質(zhì)等效熱容氓 Rn_3是電纜主絕緣各分層熱阻；Rn_2是墊層熱阻；Rlri是氣隙熱阻；圖5為電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式電纜載流量應(yīng)該滿足電流作用下電纜線芯工作溫度不超過(guò)電纜絕緣耐熱壽命容許溫度值，且符合導(dǎo)體可靠性要求。若載流量偏大，造成電纜線芯工作溫度超過(guò)容許值，電纜的使用壽命比期望值縮短。若載流量偏小，則線芯或鋁材就為獲得充分利用，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。本發(fā)明提出利用電纜外護(hù)套表皮溫度以及環(huán)境溫度獲得電纜導(dǎo)體溫度，進(jìn)而通過(guò)電纜導(dǎo)體溫度來(lái)調(diào)節(jié)電纜載流量的大小。以IlOkv的單芯電纜為例，圖1為IlOkv的單芯電纜的剖面圖，如圖所示，根據(jù)電纜材料的傳熱特性有里向外可以將電纜劃分為導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、墊層(圖1中為繞包帶)、氣隙層、鋁護(hù)套屏蔽層(圖1中的皺紋鋁套)、外護(hù)套層。本發(fā)明根據(jù)熱學(xué)和電路的相關(guān)性，利用熱路法將電纜按照上述各層等效成電路，熱路法獲得電纜導(dǎo)體的溫度分為穩(wěn)態(tài)溫度和暫態(tài)溫度，電纜穩(wěn)態(tài)運(yùn)行發(fā)熱溫升不隨時(shí)間變化，而電纜暫態(tài)運(yùn)行時(shí)溫升則受時(shí)間影響，在暫態(tài)溫度分析中使用多回梯形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)電纜發(fā)熱特性及等值熱路的穩(wěn)態(tài)分析，可以通過(guò)電纜的表面溫度、環(huán)境溫度和電流值得到導(dǎo)體溫度，暫態(tài)更好分析實(shí)際運(yùn)行。為了獲得穩(wěn)態(tài)下的電纜導(dǎo)體溫度，作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，將導(dǎo)體和導(dǎo)體屏蔽層作為一層，絕緣層和絕緣屏蔽層作為一層，因此，電纜導(dǎo)體共簡(jiǎn)化為6層。 電纜導(dǎo)體溫度T1、電纜絕緣層(含內(nèi)、外絕緣屏蔽層)T2、墊層(含膨脹帶、繞包帶等)溫度 T3、氣隙層溫度T4、電纜金屬屏蔽層(例如圖1中的鋁護(hù)套屏蔽層)溫度T5、電纜外護(hù)套表面溫度T6，如圖2所示步驟1 檢測(cè)電纜外護(hù)套表面溫度T6 ；步驟2 根據(jù)每層材料熱阻系數(shù)(作為一個(gè)實(shí)施例，氣隙層的熱阻系數(shù)為41K · m/ W，鋁護(hù)套的熱阻系數(shù)為l/237K*m/W。)，通過(guò)以下公式獲得單芯電纜每層材料的熱阻，包括電纜絕緣層(含內(nèi)、外屏蔽層)熱阻&、墊層熱阻R3、氣隙熱阻R4、電纜外護(hù)套(含防腐層) 熱阻& (1)獲得絕緣層熱阻& 民=告1受)(公式1)公式1中ρ τ為絕緣材料熱阻系數(shù)，單位Kgm/W。d。為導(dǎo)體直徑；、為導(dǎo)體和金屬套之間的絕緣厚度；值得一提的是，作為一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于皺紋金屬護(hù)套的、按金屬套內(nèi)直徑的平均值計(jì)算-A
5〔0036〕
權(quán)利要求
1.一種電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括步驟 監(jiān)測(cè)電纜導(dǎo)體的外護(hù)套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流；根據(jù)電纜導(dǎo)體的傳熱特性預(yù)先對(duì)將所述電纜導(dǎo)體刨分成導(dǎo)體層、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、 絕緣屏蔽層、墊層、氣隙層、鋁護(hù)套屏蔽層、外護(hù)套層；根據(jù)電纜各層材料的導(dǎo)熱性能獲得所述電纜導(dǎo)體每個(gè)層的熱阻以及所述電纜導(dǎo)體每個(gè)層產(chǎn)生的損耗；根據(jù)所述熱阻、所述損耗、所述電纜導(dǎo)體的外護(hù)套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流利用節(jié)點(diǎn)法獲得電纜導(dǎo)體的溫度，所述電纜導(dǎo)體的溫度包括電纜導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫度和所述電纜導(dǎo)體的暫態(tài)溫度；根據(jù)所述電纜導(dǎo)體的溫度監(jiān)測(cè)所述電纜導(dǎo)體的載流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述導(dǎo)體層與所述導(dǎo)體屏蔽層的熱阻系數(shù)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述絕緣層與所述絕緣屏蔽層的熱阻系數(shù)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于 所述導(dǎo)體屏蔽層和所述導(dǎo)體層的熱阻系數(shù)相同。
5.一種監(jiān)測(cè)電纜導(dǎo)體的線芯溫度的系統(tǒng)，其特征在于，包括 表面溫度檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)電纜外護(hù)套表面溫度；電流檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)電纜導(dǎo)體的線芯電流；導(dǎo)體溫度獲取模塊，用于根據(jù)電纜各層材料的導(dǎo)熱性能獲得所述電纜導(dǎo)體每個(gè)層的熱阻以及所述電纜導(dǎo)體每個(gè)層產(chǎn)生的損耗；所述電纜導(dǎo)體刨分成導(dǎo)體層、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、墊層、氣隙層、鋁護(hù)套屏蔽層、外護(hù)套層；根據(jù)所述熱阻、所述損耗、所述電纜導(dǎo)體的外護(hù)套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流利用節(jié)點(diǎn)法獲得電纜導(dǎo)體的溫度，所述電纜導(dǎo)體的溫度包括電纜導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫度和所述電纜導(dǎo)體的暫態(tài)溫度；載流量監(jiān)測(cè)模塊，用于根據(jù)電纜導(dǎo)體暫態(tài)溫度和穩(wěn)態(tài)溫度監(jiān)測(cè)對(duì)當(dāng)前的載流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)體層與所述導(dǎo)體屏蔽層的熱阻系數(shù)相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述絕緣層與所述絕緣屏蔽層的熱阻系數(shù)相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任意一項(xiàng)所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于 所述導(dǎo)體屏蔽層和所述導(dǎo)體層的熱阻系數(shù)相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于 所述電纜為單芯電纜。
全文摘要
本發(fā)明提供的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)方法，首先監(jiān)測(cè)電纜導(dǎo)體的外護(hù)套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流；根據(jù)電纜導(dǎo)體的傳熱特性預(yù)先對(duì)將所述電纜導(dǎo)體刨分成導(dǎo)體層、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、墊層、氣隙層、鋁護(hù)套屏蔽層、外護(hù)套層；根據(jù)電纜各層材料的導(dǎo)熱性能獲得所述電纜導(dǎo)體每個(gè)層的熱阻以及所述電纜導(dǎo)體每個(gè)層產(chǎn)生的損耗；根據(jù)所述熱阻、所述損耗、所述電纜導(dǎo)體的外護(hù)套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流利用節(jié)點(diǎn)法獲得電纜導(dǎo)體的溫度，所述電纜導(dǎo)體的溫度包括電纜導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫度和所述電纜導(dǎo)體的暫態(tài)溫度；根據(jù)所述電纜導(dǎo)體的溫度監(jiān)測(cè)所述電纜導(dǎo)體的載流量。本發(fā)明還提供了電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)本發(fā)明能否實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜導(dǎo)體溫度。
文檔編號(hào)G01K13/00GK102323496SQ201110143549
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者劉剛, 劉毅剛, 許宇翔, 雷成華, 雷鳴 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 廣東電網(wǎng)公司廣州供電局