CN103226171B - 一种电缆载流热效应冗余度监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆载流热效应冗余度监测方法，该方法是同时在电缆内部和外部敷设温度探测光纤，通过温度探测光纤分别实时监测电缆内部导体温度和电缆外部环境的温度，并通过温度监测仪器采集电缆表面和内部温度，同时通过电流记录装置采集电缆的负荷电流，将采集到的温度和负荷电流输入电缆载流热效应冗余测算系统，实时监测电缆的载流热效应冗余度。与现有技术相比，本发明具有可实时自动高精度地对电力电缆的载流热效应安全冗余度进行监测等优点。

Description

一种电缆载流热效应冗余度监测方法

技术领域

本发明涉及一种电缆技术，尤其是涉及一种电缆载流热效应冗余度监测方法。

背景技术

电缆载流热效应的安全冗余度，就是电缆导体载流时所产生的热效应(电流/时间/环境)累积对电缆绝缘所产生的影响，距绝缘材料发生不可恢复的老化点，而存在的电缆载流时效安全冗余度。其标志着电缆安全运行的实际最大载流能力(电流/时间/环境)。

运行温度是电缆的一个重要参数。当电缆在额定负荷下运行时，线芯温度处于允许值。电缆一旦过负荷，线芯温度将急剧上升，加速绝缘老化，甚至发生热击穿。例如，研究发现，当交联聚乙烯(XLPE)电缆的长期工作温度超过允许值的8％时，其寿命将减半；如果超过15％，电缆寿命将只省下1/4。所以，必须对电缆的运行温度进行控制，这就要求电力运行部门对电缆的实际负荷进行合理调度。

但是，目前由于缺乏对电缆运行的有效、长期、实时在线的监测手段，电缆一旦被敷设，就处于无监控状态，直到故障出现后才去关注。导致电缆的平均故障率偏高。对电缆系统进行温度在线检测是其中很重要的一个方面。高压动力电缆是变电工程中的重要设备，由于动力电缆承担着高电压、强电流的输送，所以对其本身的温度进行监控极为重要。为了防止电网由于环境的改变而产生的任何故障，唯一的办法是定期对电缆线路进行检查，最好是能对电缆温度进行周期性监测。事实上，对电缆线路的检查只能确定环境是否发生了改变，而无法确定对电缆最大安培容量的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实时自动地对电力电缆的载流热效应安全冗余度进行监测的电缆载流热效应冗余度监测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电缆载流热效应冗余度监测方法，其特征在于，该方法是同时在电缆内部和外部敷设温度探测光纤，通过温度探测光纤分别实时监测电缆内部导体温度和电缆外部环境的温度，并通过温度监测仪器采集电缆表面和内部温度，同时通过电流记录装置采集电缆的负荷电流，将采集到的温度和负荷电流输入电缆载流热效应冗余测算系统，实时监测电缆的载流热效应冗余度。

所述的电缆载流热效应冗余测算系统包括静态计算模块和动态计算模块，

所述的静态计算模块包括电缆结构参数单元和敷设与排列参数单元，所述的电缆结构参数单元包括公司单元、国标设计单元和国标使用单元，所述的公司单元包括设计子单元和使用子单元，所述的设计子单元包括电缆参数、电压、型号、导体截面、导体直径、各部位厚度和各部位直径，所述的使用子单元包括额定电压、电缆型号、导体截面、单一截面、系列截面；所述的国际设计单元包括电缆参数、电压、型号、导体截面、导体直径、各部位厚度、各部位直径和电缆外径；所述的国标使用单元包括额定电压、电缆型号、导体截面、单一截面、系列截面；所述的敷设与排列参数单元包括空气中子单元、空气管道子单元、土壤直埋子单元、土壤管道子单元、电缆构架空子单元和混凝土排管子单元；所述的空气中子单元、空气管道子单元、土壤直埋子单元、土壤管道子单元包括平面分离、三角形和平面并列；所述的电缆构架空子单元包括电缆沟尺寸电缆排列，所述的混凝土排管子单元包括混凝土管尺寸、电缆排列状况和土壤的热特性；

所述的动态计算模块包括空气中敷设单元和土壤中敷设单元，所述的空气中敷设单元和土壤中敷设单元均包括电缆结构参数子单元、敷设与排列子单元、测量子单元和计算子单元，所述的电缆结构参数子单元包括电缆参数、额定电压、电缆型号和导体截面，所述的敷设与排列子单元包括排列方式、接地方式、环境温度、导体温度、表面温度和额定电流，其中土壤中敷设单元中的敷设与排列子单元还包括土壤特性和埋地深度，所述的测量子单元包括测量参数、负荷电流、表面温度，所述的计算子单元包括计算参数、表面温度、导体温度和负荷状况。

所述的方法具体包括以下步骤：

(1)根据待检测电缆的情况，在静态计算模块中选择需要的子单元，输入电缆结构参数，并在动态计算模块中选择需要的单元，输入电缆结构参数；

(2)根据电缆的敷设环境选择相应的敷设与排列参数单元，输入电缆的排列方式；

(3)根据电缆的敷设环境，输入环境温度、土壤特性和/或埋地深度；

(4)温度监测仪器和电流记录装置采集的数据自动输入电缆的工作状况，动态测算电缆载流热效应冗余度。

所述的电缆为单芯或多芯电缆。

所述的电缆包括由内向外依次层层包覆的导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、铜带、填充层、无纺布层和外护套层。

所述的电缆参数包括电缆各层的材料、厚度和缠绕方式。

与现有技术相比，本发明实现了“实时自动”地对电力电缆的载流热效应安全冗余度监测，具有如下优点：

1)通过积累记录在各种敷设条件及一年四季的不同气候环境下的电缆运行的温度数据，分析电缆的长期载流热效应安全冗余度，为在本地区敷设电缆的节约化设计提供修正依据。

2)根据电缆实际敷设环境状况所发生的环境热阻值变化(受到敷设条件变化、气候环境变化的影响)，在电缆绝缘允许长期运行的安全温度状态下(XLPE电缆的运行温度为90℃)，动态给出当前电缆的长期载流热效应的安全冗余度(电流与时间的乘积)。当已有电网的供电区域用电量扩容后，是否需要对已敷设电缆进行更换扩容，为电力规划部门提供当前电缆的长期载流热效应的安全冗余度实测数据。

3)通过监测记录电缆的运行温度分布，检查运行电缆的符合率，实时监测发现线路的发热点位置、载流瓶颈位置、及电缆断路位置，及时发现电缆出现异常温度热点隐患。

4)在电网应急供电区域调度时，通过积累和分析寻找电缆瓶颈处运行温度和载流量变化的关系，提供被加载的电缆安全过载能力(过载流量-过载时间)。

附图说明

图1为本发明电缆载流热效应冗余测算系统的结构示意图；

图2为本发明电缆的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1-2所示，一种电缆载流热效应冗余度监测方法，该方法是同时在电缆内部和外部敷设温度探测光纤，通过温度探测光纤分别实时监测电缆内部导体温度和电缆外部环境的温度，并通过温度监测仪器采集电缆表面和内部温度，同时通过电流记录装置采集电缆的负荷电流，将采集到的温度和负荷电流输入电缆载流热效应冗余测算系统，实时监测电缆的载流热效应冗余度。

如图2所示，待监测电缆为嵌入式双光纤补偿电缆，由导体1和导体1外依次包覆设置的导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4和铜带5组成电缆芯，电缆芯设有三个，彼此相邻设置，电缆芯之间以及电缆芯外设有填充层6，填充层6外依次包覆设置无纺布层7和外护套层8，三个电缆芯中间的填充层内敷设有温度探测光纤9，该温度探测光纤对导体1电缆导体的温度进行实时监测，外护套层8外也敷设有温度探测光纤9，该温度探测光纤用于探测不同敷设环境电缆径轴向环境温度场的分布，并对电缆安全载流测算结果进行自动补偿修正，为了验证光纤对导体温度的测算精度，可在导体1内设有直接接触探测导体温度的针式热电偶10。

所述的电缆载流热效应冗余测算系统包括静态计算模块和动态计算模块，其中：

所述的静态计算模块包括电缆结构参数单元和敷设与排列参数单元，所述的电缆结构参数单元包括公司单元、国标设计单元和国标使用单元，所述的公司单元包括设计子单元和使用子单元，所述的设计子单元包括电缆参数、电压、型号、导体截面、导体直径、各部位厚度和各部位直径，所述的使用子单元包括额定电压、电缆型号、导体截面、单一截面、系列截面；所述的国际设计单元包括电缆参数、电压、型号、导体截面、导体直径、各部位厚度、各部位直径和电缆外径；所述的国标使用单元包括额定电压、电缆型号、导体截面、单一截面、系列截面；所述的敷设与排列参数单元包括空气中子单元、空气管道子单元、土壤直埋子单元、土壤管道子单元、电缆构架空子单元和混凝土排管子单元；所述的空气中子单元、空气管道子单元、土壤直埋子单元、土壤管道子单元包括平面分离、三角形和平面并列；所述的电缆构架空子单元包括电缆沟尺寸电缆排列，所述的混凝土排管子单元包括混凝土管尺寸、电缆排列状况和土壤的热特性；

所述的动态计算模块包括空气中敷设单元和土壤中敷设单元，所述的空气中敷设单元和土壤中敷设单元均包括电缆结构参数子单元、敷设与排列子单元、测量子单元和计算子单元，所述的电缆结构参数子单元包括电缆参数、额定电压、电缆型号和导体截面，所述的敷设与排列子单元包括排列方式、接地方式、环境温度、导体温度、表面温度和额定电流，其中土壤中敷设单元中的敷设与排列子单元还包括土壤特性和埋地深度，所述的测量子单元包括测量参数、负荷电流、表面温度，所述的计算子单元包括计算参数、表面温度、导体温度和负荷状况。

通过上述嵌入式双光纤补偿电缆以及电缆载流热效应冗余测算系统对电缆载流热效应冗余度进行监测的方法具体包括以下步骤：

(1)根据待检测电缆的情况，在静态计算模块中选择需要的子单元，输入电缆结构参数，并在动态计算模块中选择需要的单元，输入电缆结构参数；

(2)根据电缆的敷设环境选择相应的敷设与排列参数单元，输入电缆的排列方式；

(3)根据电缆的敷设环境，输入环境温度、土壤特性和/或埋地深度；

(4)温度监测仪器和电流记录装置采集的数据自动输入电缆的工作状况，动态测算电缆载流热效应冗余度。

所述的电缆参数包括电缆各层的材料、厚度和缠绕方式，在本实施例中电缆参数如下：

导体：电缆导体材料由纯铜或纯铝构成。3.6/6kV及以上的单芯和多芯电缆导体完全采用绞合图形紧压线芯，可以减少电缆外径。导体也可以制造成为具有纵向阻水功能的导电线芯。

导体屏蔽层：3.6/6kV及上电缆具有导体屏蔽层，导体屏蔽由挤包的半导电材料组成，消除导体表面的电场集中，提高电缆工作场强。

绝缘层：绝缘层由挤包的的XLPE组成。额定电压35kV以上电缆使用超净级XLPE材料，绝缘挤包在导体屏蔽外，绝缘标称厚度符合相应的标准规定。

绝缘屏蔽层：绝缘屏蔽由挤包的半导电材料组成，挤包在每个芯绝缘层上，起均匀电场作用。12/20kV及以下电缆挤包的绝缘屏蔽是可剥离型材料。

填充层：多芯电缆采用适当的填充物与缆芯一起成缆，使电缆成为圆形。多芯电缆各芯上金属屏蔽彼此间有可靠接触，在各芯的金属屏蔽下有分相标志，整个成缆的缆芯有适当的包带包扎，填充物一般是放在电缆缓冲层内。

外护套层：电缆外护套由PVC或PE组成。外护套除特殊要求外，一般为黑色。35kV以上电缆表面有导电涂层，使之能对外护套进行电压试验。

实施例2

电缆为单芯电缆，其余同实施例1。

Claims (5)

1.一种电缆载流热效应冗余度监测方法，其特征在于，该方法是同时在电缆内部和外部敷设温度探测光纤，通过温度探测光纤分别实时监测电缆内部导体温度和电缆外部环境的温度，并通过温度监测仪器采集电缆表面和内部温度，同时通过电流记录装置采集电缆的负荷电流，将采集到的温度和负荷电流输入电缆载流热效应冗余测算系统，实时监测电缆的载流热效应冗余度；

所述的电缆载流热效应冗余测算系统包括静态计算模块和动态计算模块，

所述的静态计算模块包括电缆结构参数单元和敷设与排列参数单元，所述的电缆结构参数单元包括公司单元、国标设计单元和国标使用单元，所述的公司单元包括设计子单元和使用子单元，所述的设计子单元包括电缆参数、电压、型号、导体截面、导体直径、各部位厚度和各部位直径，所述的使用子单元包括额定电压、电缆型号、导体截面、单一截面和系列截面；所述的国标设计单元包括电缆参数、电压、型号、导体截面、导体直径、各部位厚度、各部位直径和电缆外径；所述的国标使用单元包括额定电压、电缆型号、导体截面、单一截面和系列截面；所述的敷设与排列参数单元包括空气中子单元、空气管道子单元、土壤直埋子单元、土壤管道子单元、电缆沟架空子单元和混凝土排管子单元；所述的空气中子单元、空气管道子单元、土壤直埋子单元、土壤管道子单元均包括平面分离、三角形和平面并列；所述的电缆沟架空子单元包括电缆沟尺寸电缆排列，所述的混凝土排管子单元包括混凝土管尺寸、电缆排列状况和土壤的热特性；

所述的动态计算模块包括空气中敷设单元和土壤中敷设单元，所述的空气中敷设单元和土壤中敷设单元均包括电缆结构参数子单元、敷设与排列子单元、测量子单元和计算子单元，所述的电缆结构参数子单元包括电缆参数、额定电压、电缆型号和导体截面，所述的敷设与排列子单元包括排列方式、接地方式、环境温度、导体温度、表面温度和额定电流，其中土壤中敷设单元中的敷设与排列子单元还包括土壤特性和埋地深度，所述的测量子单元包括测量参数、负荷电流和表面温度，所述的计算子单元包括计算参数、表面温度、导体温度和负荷状况。

2.根据权利要求1所述的一种电缆载流热效应冗余度监测方法，其特征在于，所述的方法具体包括以下步骤：

(1)根据待检测电缆的情况，在静态计算模块中选择需要的子单元，输入电缆结构参数，并在动态计算模块中选择需要的单元，输入电缆结构参数；

(2)根据电缆的敷设环境选择相应的敷设与排列参数单元，输入电缆的排列方式；

(3)根据电缆的敷设环境，输入环境温度、土壤特性和/或埋地深度；

(4)温度监测仪器和电流记录装置采集的数据自动输入电缆的工作状况，动态测算电缆载流热效应冗余度。

3.根据权利要求1所述的一种电缆载流热效应冗余度监测方法，其特征在于，所述的电缆为单芯或多芯电缆。

4.根据权利要求1所述的一种电缆载流热效应冗余度监测方法，其特征在于，所述的电缆包括由内向外依次层层包覆的导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、铜带、填充层、无纺布层和外护套层。

5.根据权利要求4所述的一种电缆载流热效应冗余度监测方法，其特征在于，所述的电缆参数包括电缆各层的材料、厚度和缠绕方式。