CN102778627B

CN102778627B - 电缆载流量确定方法和电缆载流量确定装置

Info

Publication number: CN102778627B
Application number: CN201210292584.5A
Authority: CN
Inventors: 刘毅刚; 刘刚; 周凡; 叶晓君; 黄云; 张高言; 许宇翔; 石银霞; 单鲁平
Original assignee: South China University of Technology SCUT; Guangzhou Power Supply Bureau Co Ltd
Current assignee: South China University of Technology SCUT; Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2032-08-16
Also published as: CN102778627A

Abstract

一种电缆载流量确定方法及装置，该方法包括步骤：测量电缆的表皮温度以及距离所述电缆设定距离的环境温度；根据所述表皮温度与所述环境温度确定所述电缆的电缆载流量。本发明方案通过测量电缆的表皮温度以及距离电缆设定距离的环境温度，再基于所测量的表皮温度与环境温度来确定电缆载流量，其充分考虑了电缆周围环境的环境温度来对电缆载流量进行估计，从而避免了环境变化对电缆载流量的误差影响，使得得到的电缆载流量误差更小，更准确。

Description

电缆载流量确定方法和电缆载流量确定装置

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种电缆载流量确定方法及电缆载流量装置。

背景技术

电缆100％负荷因数载流量(简称为电缆载流量)是电缆线路中的其中一个最主要的参数，对电缆载流量的精确计算无论是对电力电缆的设计还是对电力系统的运行都有着重要的意义，这通常体现在：电力设计部门根据电缆载流量对电缆进行选型和电缆的线路设计，而电力运行部门则根据电缆载流量对电缆线路的负荷进行控制，因此，对电缆载流量的运算确定方式对整个电力系统的运行起着重要的作用。

目前针对载流量的确定，一般采用IEC60287标准或者IEC60853标准中的方式来进行，然而，这两种标准中的方式，都是存在电缆设计裕度过大的问题，且误差较大，无法获得准确的电缆载流量。以IEC60287标准为例，在IEC60287标准中，对载流量的计算是根据电缆稳态运行时所形成的热物理温度场微分方程进行求解而获得，并且是将环境简化为单一均匀传热介质进行计算，而实际上，电缆运行中发热，会使得周围环境产生变化，从而导致所得到的计算结果误差很大，不能准确地反应出实际的电缆载流量。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电缆载流量确定方法、一种电缆载流量确定装置，其可以准确地对电缆载流量进行确定，且误差小。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电缆载流量确定方法，包括步骤：

测量电缆的表皮温度以及距离所述电缆设定距离的环境温度；

根据所述表皮温度与所述环境温度确定所述电缆的电缆载流量。

一种电缆载流量确定装置，包括：

温度测量装置，用于测量电缆的表皮温度以及距离所述电缆设定距离的环境温度；

载流量确定单元，用于根据所述表皮温度与所述环境温度确定所述电缆的电缆载流量。

本发明方案是通过测量电缆的表皮温度以及距离电缆设定距离的环境温度，再基于所测量的表皮温度与环境温度来确定电缆载流量，其充分考虑了电缆周围环境的环境温度来对电缆载流量进行估计，从而避免了环境变化对电缆载流量的误差影响，使得得到的电缆载流量误差更小，更准确。

附图说明

图1是本发明的电缆载流量确定方法实施例的流程示意图；

图2是电缆结构的热阻热容的热路结构示意图；

图3是本发明的电缆载流量确定装置实施例的结构示意图；

图4是一个具体示例中温度测量装置的安装示例结构示意图。

具体实施方式

以下结合其中的较佳实施方式对本发明方案进行详细阐述。

图1中示出了本发明的电缆载流量确定方法实施例的流程示意图。

如图1所示，本实施例中的电缆载流量确定方法包括步骤：

步骤S101：测量电缆的表皮温度以及距离电缆设定距离的环境温度；

步骤S102：根据上述表皮温度与上述环境温度确定电缆的电缆载流量。

依据本实施例中的方案，其是通过测量电缆的表皮温度以及距离电缆设定距离的环境温度，再基于所测量的表皮温度与环境温度来确定电缆载流量，其充分考虑了电缆周围环境的环境温度来对电缆载流量进行估计，从而避免了环境变化对电缆载流量的误差影响，使得得到的电缆载流量误差更小，更准确。

其中，上述获得的电缆载流量，是稳态载流量。

在上述确定电缆载流量时，可同时结合电缆的各分布层的热阻与温度情况来进行确定，即上述根据表皮温度与环境温度确定电缆载流量的过程具体可以是：

获取电缆的各分布层的热阻以及温度；

根据上述表皮温度、上述环境温度以及各分布层的热阻以及温度确定上述电缆载流量。

各分布层的划分方式，可以根据实际需要进行划分，电缆的各分布层的热阻以及温度，可以基于各种可能的方式来获得，例如，可以通过采用IEC60287标准、IEC60853标准或者其他标准以及其他已有的各种方式来获得，具体的获取电缆的各分布层的热阻以及温度的方式在此不予赘述。

在上述测量环境温度时，上述设定距离可以根据实际情况进行设定，一般情况下，可以将上述设定距离设定为1米。

图2中示出了电缆结构的热阻热容的热路结构示意图。图2所示中，T₁表示电缆导体温度，R₁表示电缆的内屏蔽层热阻，T₂、T_n-3、T_n-2、T_n-1分别表示自电缆导体至电缆表皮的第2、n-3、n-2、n-1层分布层的温度，R₂、R_n-3、R_n-2、R_n-1分别表示自电缆导体至电缆表皮的第2、n-3、n-2、n-1层分布层的热阻，R_n表示电缆的外护层热阻，Q_1′表示电缆导体的产热量，Q_1″表示电缆导体屏蔽层的产热量，Q₂表示电缆导体外侧绝缘层的产热量(或者说是热电损耗)，Q_n-3表示自电缆导体至电缆表皮的第n-3层分布层的产热量(或者说是热电损耗)，Q_n表示电缆的外护层的产热量(或者说是热电损耗)，T₀表示电缆的表皮温度，T_o1、T_om分别表示距离电缆相应某个距离的环境温度，R_o1、R_om分别表示距离电缆相应某个距离的热阻。

基于电缆表皮温度与环境温度、热阻的关系，在上述设定距离为1米的情况下，有：即其中，T_x表示上述距离电缆1米处测得的环境温度，R_x表示与T_x对应位置处的环境热阻。

基于图2所示的热路结构，并结合IEC60287标准、IEC60853标准等目前已知的温度、热阻与热量之间的关系，可以得到如下的表达方式：

\frac{T_{n - 1} - T_{n}}{R_{n - 1}} = Σ_{i = 1}^{n - 1} Q_{i}

从而有

\frac{T_{n - 1} - T_{n}}{R_{n - 1}} = Σ_{i = 1}^{n - 1} Q_{i},

其中Q_1′+Q_1″＝Q₁；

以此类推，可以有：

\frac{T_{n - 2} - T_{n - 1}}{R_{n - 2}} = Σ_{i = 1}^{n - 2} Q_{i},

因而

……

T_{n - 2} = T_{o} + \frac{R_{n}}{R_{X}} (T_{o} - T_{x}) + R_{n - 1} Σ_{i = 1}^{n - 1} Q_{i} + R_{n - 2} Σ_{i = 1}^{n - 2} Q_{i};

进而有，

……

T_{n - j} = T_{o} + \frac{R_{n}}{R_{X}} (T_{o} - T_{x}) + Σ_{n - j}^{n - 1} (R_{n - j} * Σ_{i = 1}^{n - j} Q_{i})

在j＝n-1时，有

T_{1} = T_{o} + \frac{R_{n}}{R_{X}} (T_{o} - T_{x}) + Σ_{j = 1}^{n - 1} (R_{j} * Σ_{i = 1}^{i = j} Q_{i}) .

由于将各层的产热量基于电缆导体的产热量Q₁来表示，令Q_i＝λ_iQ₁，从而有λ₁＝1。

基于此，进而有：

T_{1} = T_{o} + \frac{R_{n}}{R_{X}} (T_{o} - T_{x}) + Q_{1} Σ_{j = 1}^{n - 1} (R_{j} * Σ_{i = 1}^{i = j} λ_{i})

而

Q_{1} = I_{\max}^{2} R

据此可得到最大载流量为：

I_{\max} = \sqrt{\frac{T_{1} - T_{o} - \frac{R_{n}}{R_{X}} (T_{o} - T_{x})}{R Σ_{j = 1}^{n - 1} (R_{j} * Σ_{i = 1}^{i = j} λ_{i})}}

根据上式，若将各式用矩阵进行表示，例如：

温度与热度的比值矩阵：

B = {[\begin{matrix} - \frac{T_{1}}{R_{1}} & 0 & . . . & 0 & - \frac{T_{x} - T_{0}}{R_{x}} \end{matrix}]}^{T}

温度矩阵：T＝[T₂ T₃......T_n]^T

产热量矩阵：Q＝[Q₂ Q₃......Q_n]^T

参数矩阵：

从而，上式可以表示为AT+B＝Q。

上述电缆的各分布层的热阻以及温度，可以基于各种可能的方式来获得，例如，可以通过采用IEC60287标准、IEC60853标准或者其他标准以及其他已有的各种方式来获得，以上述电缆导体温度T₁为例，在具体示例中，该电缆导体温度T₁可以设定为IEC60287、IEC60853等标准中设定的90摄氏度，具体的获取电缆的各分布层的热阻以及温度的方式在此不予赘述。

根据上述本发明的电缆载流量确定方法，本发明还提供一种电缆载流量确定装置。图3中示出了本发明的电缆载流量确定装置实施例的结构示意图。

如图3所示，本实施例中的电缆载流量确定装置包括：

温度测量装置301，用于测量电缆的表皮温度以及距离电缆设定距离的环境温度；

载流量确定单元302，用于根据上述表皮温度与上述环境温度确定所述电缆的电缆载流量。

其中，上述对电缆表皮温度、环境温度进行测量的温度测量装置301，可以采用各种能够测量温度的设备来实现，例如温度传感器、热电偶等等。图4中示出了一个具体示例中采用热电偶对电缆表皮温度、环境温度进行测量时的安装示例结构示意图。

如图4所示，在该示例中，上述温度测量装置301包括有：设置在所述电缆的表皮的第一热电偶，设置在距离所述电缆设定距离的第二热电偶，以及与第一热电偶、第二热电偶连接的测温仪。且上述第二热电偶距离电缆的距离，可以根据实际情况进行设定，一般情况下，可以将上述第二热电偶设定在距离电缆1米的位置。

具体工作时，第一热电偶测量电缆表皮的温度，并将温度信号转换成热电动势信号传输给测温仪，通过测温仪转换为表皮温度，第二热电偶测量所在环境的温度，并将温度信号转换成热电动势信号传输给测温仪，通过测温仪转换为环境温度，所获得的表皮温度与环境温度传输给载流量确定单元302，由载流量确定单元302确定出具体的电缆载流量。

其中，载流量确定单元302在确定电缆载流量时，可同时结合电缆的各分布层的热阻与温度情况来进行确定，此时，上述载流量确定单元302具体可以包括有：

分布层信息获取单元3021，用于获取所述电缆的各分布层的热阻以及温度；

确定单元3022，用于根据所述表皮温度、所述环境温度以及各分布层的热阻以及温度确定所述电缆载流量。

上述电缆的各分布层的热阻以及温度，可以基于各种可能的方式来获得，例如，可以通过采用IEC60287标准、IEC60853标准或者其他标准以及其他已有的各种方式来获得，具体的获取电缆的各分布层的热阻以及温度的方式在此不予赘述。

确定单元3022在确定电缆载流量时，可以采用与上述方法中相同的方式进行，如上所述，可以采用下式来确定电缆载流量：

I_{\max} = \sqrt{\frac{T_{1} - T_{o} - \frac{R_{n}}{R_{X}} (T_{o} - T_{x})}{R Σ_{j = 1}^{n - 1} (R_{j} * Σ_{i = 1}^{i = j} λ_{i})}}

具体的电缆载流量的确定过程在此不予赘述。

本实施例中的电缆载流量确定装置中的其他技术特征，可与上述本发明的电缆载流量确定方法中的相同，在此不予赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种电缆载流量确定方法，其特征在于，包括步骤：

获取所述电缆的各分布层的热阻以及温度；

根据所述表皮温度、所述环境温度以及各分布层的热阻以及温度确定所述电缆的电缆载流量；

采用下式确定所述电缆载流量：

I_{\max} = \sqrt{\frac{T_{1} - T_{o} - \frac{R_{n}}{R_{X}} (T_{o} - T_{x})}{R Σ_{j = 1}^{n - 1} (R_{j} * Σ_{i = 1}^{i = j} λ_{i})}}

其中，I_max表示所述电缆载流量，T₀表示所述表皮温度，T_x表示所述环境温度，T₁表示电缆导体温度，R_n表示电缆的外护层热阻，R_x表示电缆与环境之间的热阻，R表示电缆电阻值，R_j表示自电缆导体至电缆外护层、第j层分布层的热阻，λ_i表示自电缆导体至电缆表皮、第i层分布层的产热量与导体产热量的比值。

2.根据权利要求1所述的电缆载流量确定方法，其特征在于，所述电缆导体温度T₁为90摄氏度。

3.根据权利要求1或2所述的电缆载流量确定方法，其特征在于，所述设定距离为1米。

4.一种电缆载流量确定装置，其特征在于，包括：

载流量确定单元，用于根据所述表皮温度与所述环境温度确定所述电缆的电缆载流量；

所述载流量确定单元包括：

分布层信息获取单元，用于获取所述电缆的各分布层的热阻以及温度；

确定单元，用于根据所述表皮温度、所述环境温度以及各分布层的热阻以及温度确定所述电缆载流量；

所述确定单元采用下式确定所述电缆载流量：

I_{\max} = \sqrt{\frac{T_{1} - T_{o} - \frac{R_{n}}{R_{X}} (T_{o} - T_{x})}{R Σ_{j = 1}^{n - 1} (R_{j} * Σ_{i = 1}^{i = j} λ_{i})}}

5.根据权利要求4所述的电缆载流量确定装置，其特征在于，所述电缆导体温度T₁为90摄氏度。

6.根据权利要求4或5所述的电缆载流量确定装置，其特征在于：

所述温度测量装置包括：设置在所述电缆的表皮的第一热电偶，设置在距离所述电缆设定距离的第二热电偶，以及与所述第一热电偶、所述第二热电偶连接的测温仪；

和/或

所述设定距离为1米。