CN101950624A - 一种分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，包括位于中心位置、且轴向平行设置的多股导体，轴向套接在多股导体外围的绕包导体屏蔽层，轴向包覆在绕包导体屏蔽层外围的绝缘层，轴向套接在绝缘层外围的绝缘屏蔽层，轴向设置在绝缘屏蔽层的缓冲阻水层，轴向套接在缓冲阻水层外围的皱纹铝套，轴向包覆在皱纹铝套外围的防腐层，轴向设置在防腐层外围的外护层，以及轴向涂覆在外护层外围的导电层；在缓冲阻水层与皱纹铝套之间，配合设有测温光纤。本发明所述分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，可以克服现有技术中故障率高、利用率低、运行成本高与安全性差等缺陷，以实现故障率低、利用率高、运行成本低与安全性好的优点。

Description

一种分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆

技术领域

本发明涉及电力电缆，具体地，涉及一种分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆。

背景技术

一般地，光纤分布式温度监测系统在各行业的应用非常广泛，可以对电力、煤矿采空区及供电系统配电柜、变压器、室外电缆、地下电缆等进行实时在线的温度监测及火灾预警，但这些都是敷设在被测物体表面或未被接触被测物体。

随着我国经济的快速发展，电力需求也得到快速发展，这也带动了电力电缆特别是高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的发展。

根据国家有相关规定，城区高压电缆入地，减少对人体辐射，在各大城市电网局大力的推动下，电缆入地在飞快推进，但由于电缆在地下敷设路线长、环境各不相同、传统的监测方法无法监测到电缆每个位置，由于缺乏对电缆系统的有效的在线监测手段，电力电缆实际上长期处于无监督状态运行。

另外，电力电缆的负荷能力在理论上有着较大的余度，存在着一定的浪费。从经济角度出发，迫切需要采取措施以保证在不超过电缆的允许运行温度的情况下，最大地发挥电缆的传输能力，获得较大的经济效益。最终影响电缆载流量的是电缆温度瓶颈，并非整根电缆，发现电缆温度瓶颈需要借助于温度监测系统。

可见，在上述技术中，电缆一旦敷设，就处于无监管状态，直到故障出现后才去关注，导致电网的电缆平均故障率偏高，使得电缆的利用率低、运行成本高、安全性较差。

综上所述，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在故障率高、利用率低、运行成本高与安全性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，以实现故障率低、利用率高、运行成本低与安全性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，包括位于中心位置、且轴向平行设置的多股导体，轴向套接在所述多股导体外围的绕包导体屏蔽层，轴向包覆在所述绕包导体屏蔽层外围的绝缘层，轴向套接在所述绝缘层外围的绝缘屏蔽层，轴向设置在所述绝缘屏蔽层的缓冲阻水层，轴向套接在所述缓冲阻水层外围的皱纹铝套，轴向包覆在所述皱纹铝套外围的防腐层，轴向设置在所述防腐层外围的外护层，以及轴向涂覆在所述外护层外围的导电层；在所述缓冲阻水层与皱纹铝套之间，配合设有测温光纤。

进一步地，在所述多股导体中，在相邻两股导体之间，轴向设有挤包导体屏蔽层。

进一步地，所述测温光纤呈“S”状分布在缓冲阻水层与皱纹铝套之间。

进一步地，在所述测温光纤的外围设有金属管护套。

进一步地，所述测温光纤包括单模光纤与多模光纤。

进一步地，所述测温光纤包括普通护套式光纤、无缝管型光纤、加强型感温光纤和屏蔽型感温光纤。

本发明各实施例的分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，由于包括位于中心位置、且轴向平行设置的多股导体，轴向套接在多股导体外围的绕包导体屏蔽层，轴向包覆在绕包导体屏蔽层外围的绝缘层，轴向套接在绝缘层外围的绝缘屏蔽层，轴向设置在绝缘屏蔽层的缓冲阻水层，轴向套接在缓冲阻水层外围的皱纹铝套，轴向包覆在皱纹铝套外围的防腐层，轴向设置在防腐层外围的外护层，以及轴向涂覆在外护层外围的导电层；在缓冲阻水层与皱纹铝套之间，配合设有测温光纤；通过在交联聚乙烯绝缘电力电缆的内部放置测温光纤，借助光纤的拉曼反射和光学时域反射，配合专门的测温系统分析传感信号，反映绝缘内部的温度，以实现调节电力电缆的负荷，在保证安全的前提下，有利于更大地发挥电力电缆的传输能力，获得较经济的载流量；从而可以克服现有技术中故障率高、利用率低、运行成本高与安全性差的缺陷，以实现故障率低、利用率高、运行成本低与安全性好的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆的横截面剖视图的结构示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-导体；2-绕包导体屏蔽层；3-挤包导体屏蔽层；4-绝缘层；5-绝缘屏蔽层；6-缓冲阻水层；7-测温光纤；8-皱纹铝套；9-防腐层；10-外护层；11-导电层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，提供了一种分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆。如图1所示，本实施例包括位于中心位置、且轴向平行设置的多股导体(如导体1)，轴向套接在多股导体外围的绕包导体屏蔽层2，轴向包覆在绕包导体屏蔽层2外围的绝缘层4，轴向套接在绝缘层4外围的绝缘屏蔽层5，轴向设置在绝缘屏蔽层5的缓冲阻水层6，轴向套接在缓冲阻水层6外围的皱纹铝套8，轴向包覆在皱纹铝套8外围的防腐层9，轴向设置在防腐层9外围的外护层10，以及轴向涂覆在外护层10外围的导电层11；在缓冲阻水层6与皱纹铝套8之间，配合设有测温光纤7，测温光纤7呈“S”状分布；在多股导体中，在相邻两股导体之间，轴向设有挤包导体屏蔽层3。

这里，对于测温光纤测量电缆温度主要就是测量绝缘层的温度，也就是测温光纤尽可能的反映绝缘的实际温度；这就要求光纤尽可能的靠近电缆绝缘层。但是绝缘层允许的最高使用温度为90℃，如测温光纤直接接触绝缘层的话，由于测温光纤大部分采用不锈钢管护层，会硌伤电缆绝缘。

所以，在上述实施例中，经过多次试验，测温光纤选择呈“S”型放置在交联电缆三层阻水带之间，即能保证光纤在弯曲的时候不会被电缆压伤，而且放在这个位置应该是目前最能反映绝缘温度的地方；并且光纤具有耐高温、抗腐蚀、抗雷击和长寿命的特质能够提供上万个测量点的信息，安装快捷简便且成本低廉，几乎无需维护。

在当今光科技飞速发展的社会，将光纤与电缆相结合，用光缆来对电缆的健康运行状况进行实时在线监测，它不断不影响电缆的传输工作，还能提升电缆利用率，降低运行成本，保证设备运行的安全性。

光纤技术是上世纪70年代末兴起的由光导纤维制成的、以光作为信息载体的传感技术；光纤(石英玻璃)是传输信息的一种介质，像铜线一样；与铜线不同的是，光纤传输的是光信号，而不是电信号；光纤具备下述一系列独特的优点：(1)以光作为传感信号基本不受外界电磁场干扰，长期漂移小，因而可用来作长期可靠的连续在线检测；(2)本质安全，不带电，不受电磁场干扰；响应时间快，测量精确；柔韧性好，易弯曲，抗腐蚀；可以被安装在恶劣的环境中；在易燃易爆环境中，实现真正的安全监测，本质安全；信号传输衰减小，传输距离远，因而适于在煤矿，石油，天然气及其它化工行业进行对安全和生产状态参数的监测；(3)经过特殊封装后，光纤传感器具有很强的耐高压性能，因而适于在电力的高压等危险场合进行对安全和生产状态参数的监测；(4)以光波长作为长度测量单位，长度测量精度可达到接近纳米量级。从而使温度传感器的性能可达到或超过传统电子器件；(5)体积小、重量轻，适用于诸如开关柜内、地下电缆的温度监控；(6)复用能力强，可实现对一线多点、两维点阵或空间分布的连续监测。

在具有强电干扰、高压、易燃易爆等恶劣环境下，传统的电子传感器受到很多局限性。因此，使在电力行业供电系统大型主要设备的安全维护，生产过程监测等应用方面对光纤传感器的需求就特别强烈。

进一步地，在上述实施例中，在测温光纤的外围设有金属管护套，例如，测温光纤可以包括普通护套式光纤、无缝管型光纤、加强型感温光纤和屏蔽型感温光纤。

这里，测温光纤选用带有金属管护套(如钢管)的测温光纤，一根金属保护管内可放置2-4根测温光纤，钢管的抗压强度应大于3000N/100mm，抗拉强度大于2000N。

进一步地，在上述实施例中，测温光纤可以包括单模光纤与多模光纤。

这里，测温光纤选用多模或单模光纤，单模光纤的最长测量距离可达30km，多模光纤的测量距离可达22km。根据使用场合的不同可选用普通护套式光纤、无缝管型光纤、加强型感温光纤和屏蔽型感温光纤等。

在上述各实施例中，交联电缆测温实际上就是检测绝缘层的温度，根据绝缘层的极限耐热温度来控制线路的传输功率，以达到线路传输的最大优化；将测温光纤直接放在电缆里，在测温的同时还能反映电缆的载流量；这样，测温光纤更接近电缆的发热点，可以更快速的监测电缆运行情况。

具体地，不管将测温光纤放在电缆的哪个部位，都是为了反映绝缘层的温度；但是，实际上，根据测温光纤放置位置的不同，测温电缆可以分为以下几种形式：

(1)将测温光纤放在电缆的外护套部位测量外护套的温度来推算电缆绝缘内部的温度，这种方法生产施工方便，便于维护和施工，但是测温精度不高，不能测量最关键的绝缘温度，因此不能正确反映绝缘温度，测量效果不明显；

(2)将测温光纤放在电缆的绝缘屏蔽处，由于紧贴绝缘层能反映电缆绝缘的温度，测量精度较高，但是生产时需注意保护光纤以免损伤光纤；

(3)测温光纤放在导体内部，测量导体的温度，通过控制导体的温度来控制绝缘层的温升，此种方法测量精度较高，可检测发热源的温度，也能很好的反映绝缘层的温度，但生产难度较大。

可见，无疑将光纤放在绝缘层的外部，是测量精度和生产最为经济的方法，生产时只要注意保护测温光纤，留有电缆弯曲时光纤的长度余量就能保证光纤不受损伤，同时，选择承受抗拉强度和拉力较好的光纤就能避免光纤的受损；另外，生产铝护套的时候注意铝套和交联线芯的间隙。

虽然电缆的绝缘正常工作温度可达90℃，但是由于电缆在运行过程中受到短路电流及过载的影响，而电缆的极限耐热内的负载优化和线路管控是电网设计和运行时的重要关注事项；电缆运行时在线测温越来越受大家的关注，测温电缆可在线检测电缆的运行温度，随时了解线路运行情况，提前预警避免事故的发生；电缆在线测温的形式有很多种，比较常见的可以分为热电偶测温和分布式测温光纤测温；分布式测温光纤由于测温精度高，空间分辨率准确，是以后测温电缆的的发展方向。

所以，在实际使用时，上述实施例的分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，可以与分布式光纤测温主机配合使用，分布式光纤测温主机一般包含内置工业计算机、通讯软件、通讯、USB、串口、并口、一个光通道、DTS监测及分析硬件和OTDR硬件(监测光纤健康状态)，所有部件集成在一个机箱内。一个系统一般可测量最多可达50个通道，并且选用开放式通信结构，可以通过以网络与第三方系统网络进行可靠简便的连接。测温系统的测温精度一般可达±1℃，空间分辨率达到±0.5m。

经电缆测温试验的验证，上述实施例的分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆的测量精度和空间分辨率均较好；试验电缆为YJLW03127/2201×500测温光纤选用管型单模光纤，光纤放置于电缆的绝缘屏蔽处，并且采取了保护措施以避免光纤损伤。

试验开始时，分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆表面温度为3℃左右，并对温度进行了记录；其测温仪器显示温度和实际测量温度相差0.4℃，符合电缆测温要求；分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆继续加热，分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆的导体温度达到了60℃，绝缘表面温度为46℃，仪器显示温度和实际测量温度误差为0.2℃；然后对分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆两端各一点进行单独加热，和中间电缆形成比较大的温度梯度。经观察温度曲线显示两点温度为70℃，和中间电缆温差大约为20℃，系统测量显示和实际测量温度相差0.3℃；并对温度升高部位进行距离定位，定位距离和实际测量距离误差为0.3米。

另外，光纤安全检测技术的市场非常广阔，尤其是电力方面，智能电网必将是以后电力行业的发展趋势，对电缆科技含量的也增加了要求，同时也是经后电缆市场卖点的一大优势；电力系统拥有大量大型发电、变电和输电设备都需要有高性能传感器用于运行状态监测。国家电网和南方电网拥有20多万个变电站，数十万公里的高压输电线路；据电力行业消息，成都、重庆、武汉等地今年各投资近2亿多资金来对电网进行改造，要求新的入地高压交联聚乙烯绝缘电力电缆都必须采用光缆测温电缆，以后在全国电网全面辅开后，需求将会更明显。

可见，上述分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆在能源生产和电力安全系统中的推广应用，将大幅度提高危险场合和关键设备的安全系数，能有效利用资源，减少人员伤亡，对于和谐社会建设和提高工矿企业工作环境及安全系数，具有重要的社会意义。

综上所述，本发明各实施例的分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，由于包括位于中心位置、且轴向平行设置的多股导体，轴向套接在多股导体外围的绕包导体屏蔽层，轴向包覆在绕包导体屏蔽层外围的绝缘层，轴向套接在绝缘层外围的绝缘屏蔽层，轴向设置在绝缘屏蔽层的缓冲阻水层，轴向套接在缓冲阻水层外围的皱纹铝套，轴向包覆在皱纹铝套外围的防腐层，轴向设置在防腐层外围的外护层，以及轴向涂覆在外护层外围的导电层；在缓冲阻水层与皱纹铝套之间，配合设有测温光纤；通过在交联聚乙烯绝缘电力电缆的内部放置测温光纤，借助光纤的拉曼反射和光学时域反射，配合专门的测温系统分析传感信号，反映绝缘内部的温度，以实现调节电力电缆的负荷，在保证安全的前提下，有利于更大地发挥电力电缆的传输能力，获得较经济的载流量；从而可以克服现有技术中故障率高、利用率低、运行成本高与安全性差的缺陷，以实现故障率低、利用率高、运行成本低与安全性好的优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，其特征在于，包括位于中心位置、且轴向平行设置的多股导体，轴向套接在所述多股导体外围的绕包导体屏蔽层，轴向包覆在所述绕包导体屏蔽层外围的绝缘层，轴向套接在所述绝缘层外围的绝缘屏蔽层，轴向设置在所述绝缘屏蔽层的缓冲阻水层，轴向套接在所述缓冲阻水层外围的皱纹铝套，轴向包覆在所述皱纹铝套外围的防腐层，轴向设置在所述防腐层外围的外护层，以及轴向涂覆在所述外护层外围的导电层；在所述缓冲阻水层与皱纹铝套之间，配合设有测温光纤。

2.根据权利要求1所述的分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，其特征在于，在所述多股导体中，在相邻两股导体之间，轴向设有挤包导体屏蔽层。

3.根据权利要求1或2所述的分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，其特征在于，所述测温光纤呈“S”状分布在缓冲阻水层与皱纹铝套之间。

4.根据权利要求3所述的分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，其特征在于，在所述测温光纤的外围设有金属管护套。

5.根据权利要求4所述的分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，其特征在于，所述测温光纤包括单模光纤与多模光纤。

6.根据权利要求4所述的分布式测温交联聚乙烯绝缘电力电缆，其特征在于，所述测温光纤包括普通护套式光纤、无缝管型光纤、加强型感温光纤和屏蔽型感温光纤。

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