CN104596669B - 分布式电缆导体温度测量装置 - Google Patents

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本发明提供一种分布式电缆导体温度测量装置，包括设在电缆外表面、且沿电缆长度方向布置的分布式光纤温度传感器，还包括一点式测温装置，该点式测温装置包括包覆在电缆外表面上的热阻件，所述热阻件的内表面设有一与电缆外表面相接触的内层温度传感器，所述热阻件的外表面设有一外层温度传感器，所述内层温度传感器和外层温度传感器位于电缆的同一径向直线上。该分布式电缆导体温度测量装置能够得到精确的电缆沿线的电缆导体的温度分布，并消除外界环境变化对测量结果的影响，进而提高测量精度。

Description

分布式电缆导体温度测量装置
技术领域
本发明涉及电缆导体的温度测量领域，特别是涉及一种分布式电缆导体温度测量装置。
背景技术
高压电缆的电力输送是确保国民经济生活的命脉，如何在保证电缆安全运行的基础上最大限度用好高压电缆输送电流电量、以及电流优化输送方案是电力管理部门目前重点关注的课题。电缆的实际负荷能力主要通过电缆导体的温度反映，只要电缆导体温度不超过额定的温度，电缆的负荷就在安全负荷范围以内。目前，解决电缆载流量监测有效办法是在线监测电缆导体温度。
高压电缆包括电缆导体1、以及包覆电缆导体1的绝缘护套2，如图1所示，因此电缆导体1的温度不能被直接测量。目前一般采用光纤分布式测温系统监测绝缘护套2的表面温度，然后应用数学模型推算电缆导体1的温度，进而获取电缆沿线电缆导体1的温度分布。但是，实际应用中绝缘护套2的表面温度受环境温度影响，其变化较大，且环境温度是一个随机变化的温度场，另外，光纤分布式测温系统的温度精度在1～2℃左右，故上述获得的电缆沿线电缆导体1的温度分布必然存在较大的误差。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种计算准确度高的分布式电缆导体温度测量装置。
为实现上述目的，本发明提供一种分布式电缆导体温度测量装置，包括设在电缆外表面、且沿电缆长度方向布置的分布式光纤温度传感器，还包括一点式测温装置，该点式测温装置包括包覆在电缆外表面上的热阻件，所述热阻件的内表面设有一与电缆外表面相接触的内层温度传感器，所述热阻件的外表面设有一外层温度传感器，所述内层温度传感器和外层温度传感器位于电缆的同一径向直线上。
进一步地，所述外层温度传感器的外表面覆盖有一隔热件。
优选地，所述热阻件的横截面为一扇形，且热阻件包覆电缆的角度α为0～180°。
进一步地，所述热阻件通过导热硅胶粘接在电缆的外表面。
优选地，所述热阻件捆扎在电缆外表面。
进一步地，所述分布式光纤温度传感器呈直线状固定在电缆外表面。
优选地，所述分布式光纤温度传感器呈螺旋状固定在电缆外表面。
如上所述，本发明涉及的分布式电缆导体温度测量装置，具有以下有益效果：
该分布式电缆导体温度测量装置中，分布式光纤温度传感器用于获取电缆表面的温度分布，并通过点式测温装置获取电缆某点处的电缆导体的精确温度值，再将该点处的电缆导体的温度值作为分布式光纤温度传感器的基准，来建立局部点处电缆导体的温度与电缆表面温度之间的数学模型，从而得到精确的电缆沿线的电缆导体的温度分布，并消除外界环境变化对测量结果的影响，进而提高测量精度。
附图说明
图1为电缆的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的另一实施例。
图4为图2的A-A向剖视图。
元件标号说明
1 电缆导体
2 绝缘护套
3 分布式光纤温度传感器
4 点式测温装置
41 热阻件
42 内层温度传感器
43 外层温度传感器
44 隔热件
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图2和图4所示，本发明提供一种分布式电缆导体温度测量装置，包括设在电缆外表面、且沿电缆长度方向布置的分布式光纤温度传感器3，还包括一点式测温装置4，该点式测温装置4包括包覆在电缆外表面上的热阻件41，所述热阻件41的内表面设有一与电缆外表面相接触的内层温度传感器42，所述热阻件41的外表面设有一外层温度传感器43，所述内层温度传感器42和外层温度传感器43位于电缆的同一径向直线上。如图1所示，所述电缆包括电缆导体1和包覆在电缆导体1外周的绝缘护套2，所述热阻件41固定在绝缘护套2的外表面，即内层温度传感器42位于绝缘护套2与热阻件41之间，本实施例中，所述内层温度传感器42和外层温度传感器43均嵌在热阻件41中；所述分布式光纤温度传感器3固定在绝缘护套2的外表面，且分布式光纤温度传感器3呈直线状固定在电缆外表面，如图2所示；或者，分布式光纤温度传感器3也可以呈螺旋状固定在电缆外表面，如图3所示，所述电缆外表面也即为绝缘护套2的外表面。
该分布式电缆导体温度测量装置中，分布式光纤温度传感器3用于获取电缆外表面的温度X0，并同时通过点式测温装置4测量电缆某点处的电缆导体1的精确温度Y0，再将该点处的电缆导体1的温度Y0作为分布式光纤温度传感器3测量电缆外表面温度X0的基准，建立点式测温装置4获取的电缆导体1温度Y0与分布式光纤温度传感器3获取的电缆外表面温度X0之间的数学模型，应用该数学模型得到精确的电缆沿线电缆导体1的温度分布Y，故该分布式电缆导体温度测量装置能够有效消除外界环境变化对测量结果的影响，有效提高测量精度。
具体讲，电缆的热阻为其固定的物理属性之一，且电缆的热阻值可以通过标定测量等方式得到，也可以通过理论计算的方式推算出。在热平衡状态下，即散热等于发热时，任意两点之间的热阻值之比与该两点之间的温差之比相等。所以，所述点式测温装置4中，热阻件41的热阻值是已知的，通过外层温度传感器43和内层温度传感器42分别测量热阻件41的外表面温度T2和内表面温度T1（T1也为电缆的表面温度），即可得到热阻件41内外两点之间的温度差，再根据热阻件41的热阻值与绝缘护套2外表层到电缆导体1的热阻值之间的对应关系计算得出电缆导体1的温度。也就是说，通过外层温度传感器43和内层温度传感器42的测量值得到位于电缆外部的热阻件41所形成额外的温度梯度，根据该额外的温度梯度与电缆内部的温度梯度之间的对应关系计算出电缆内部的温度梯度曲线（即：斜率），即建立电缆导体1、电缆表面（热阻件41内表面）、热阻件41外表面的温度梯度，再通过建立有限元模型精确推算电缆导体1的温度。
在实际测量中，将该测量装置安装在电缆上后，电缆的载荷会发生变化，电缆载荷的变化会引起电缆导体1发热量变化；当发热量变化时，电缆内部通过改变温度梯度的分布重新达到热平衡状态，一般这个热平衡过程需要10小时左右。为了能及时测量电缆导体1的温度，所以采用动态测量方法，即在热平衡形成的过程中，热阻件41的内外两侧在散热和发热出现差异的情况下，由于内层温度传感器42和外层温度传感器43距电缆导体1的距离不相同，所以内层温度传感器42感应电缆导体1温度变化的速度快，外层温度传感器43感应电缆导体1温度变化的速度慢。内层温度传感器42和外层温度传感器43的响应速度与电缆导体1温度的变化速度有对应关系，故利用内层温度传感器42和外层温度传感器43不同的响应速度，通过标定或理论推导的方式对热平衡过程中的电缆导体1温度进行修正，即基于静态的数据推导计算动态的电缆导体1温度，进一步提高测量精度。
本实施例中，电缆导体1的温度的基本计算公式为：
式中：T为被测电缆导体1的温度；T1为内层温度传感器42的测量值，也就是电缆表层温度或热阻件41的内层温度；T2为外层温度传感器43的测量值，也就是热阻件41的外层温度；为电缆表层温度对时间的一阶导数；为热阻件41的外层温度对时间的一阶导数；k1为静态系数；k2为动态系数。
进一步地，所述外层温度传感器43的外表面覆盖有一隔热件44，所述隔热件44将外层温度传感器43与环境温度隔离，有效避免环境温度快速波动变化对外层温度传感器43的干扰，且隔热件44还能够缓冲环境温度对外层温度传感器43的温度冲击，使测量数据不受环境温度快速波动变化的影响，最终提高测量精度。本实施例中，隔热件44以粘接的方式附着在热阻件41的外表面，以将外层温度传感器43密封在热阻件41与隔热件44之间，所述隔热件44的隔热材料可以为：硅橡胶板、聚四氟乙烯、硅橡胶等。
优选地，所述热阻件41通过导热硅胶粘接在电缆的绝缘护套2的外表面，也可以直接捆扎在电缆表皮上，所述热阻件41的热阻材料可以为：聚四氟乙烯、硅橡胶发泡板、聚四氟乙烯泡沫板、硅橡胶板、石英棉、石英布等。
另外，所述电缆为圆柱形，包覆在电缆表皮的热阻件41的横截面为一扇形，且热阻件41包覆电缆的角度α为0～180°；优选地，所述热阻件41的周长可以为电缆周长的1/2、1/3或者更小。当然，所述热阻件41的横截面也可以为方形或其他形状，以适应不同形状的电缆。
综上所述，本发明通过点式测温装置4获取比较准确稳定的电缆上某点处的电缆导体1的温度，并以此作为分布式光纤温度传感器3测量电缆表面温度的基准，从而得到电缆导体1的温度分布，消除了环境变化对测量结果的影响，最终降低误差、提高精度，保证电缆的安全运行。且该分布式电缆导体温度测量装置结构简单，制造成本低，测量效果好，适合广泛推广。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种分布式电缆导体温度测量装置，包括设在电缆外表面、且沿电缆长度方向布置的分布式光纤温度传感器(3)，其特征在于：还包括一点式测温装置(4)，该点式测温装置(4)包括包覆在电缆外表面上的热阻件(41)，所述热阻件(41)的内表面设有一与电缆外表面相接触的内层温度传感器(42)，所述热阻件(41)的外表面设有一外层温度传感器(43)，所述内层温度传感器(42)和外层温度传感器(43)位于电缆的同一径向直线上；所述分布式光纤温度传感器(3)用于获取电缆外表面的温度X0，所述点式测温装置(4)用于测量电缆某点处电缆导体(1)的温度Y0，式中：T1为内层温度传感器(42)的测量值或电缆表层温度；T2为外层温度传感器(43)的测量值或热阻件(41)的外层温度；为电缆表层温度对时间的一阶导数；为热阻件(41)的外层温度对时间的一阶导数；k1为静态系数；k2为动态系数；所述分布式光纤温度传感器(3)获取的电缆外表面的温度X0以点式测温装置(4)测量的电缆某点处电缆导体(1)的温度Y0为基准，建立局部点处电缆导体(1)的温度Y0与电缆表面温度X0之间的数学模型，得到电缆沿线的电缆导体(1)的温度分布。
2.根据权利要求1所述的分布式电缆导体温度测量装置，其特征在于：所述外层温度传感器(43)的外表面覆盖有一隔热件(44)。
3.根据权利要求1所述的分布式电缆导体温度测量装置，其特征在于：所述热阻件(41)的横截面为一扇形，且热阻件(41)包覆电缆的角度α为0～180°。
4.根据权利要求1所述的分布式电缆导体温度测量装置，其特征在于：所述热阻件(41)通过导热硅胶粘接在电缆的外表面。
5.根据权利要求1所述的分布式电缆导体温度测量装置，其特征在于：所述热阻件(41)捆扎在电缆外表面。
6.根据权利要求1所述的分布式电缆导体温度测量装置，其特征在于：所述分布式光纤温度传感器(3)呈直线状固定在电缆外表面。
7.根据权利要求1所述的分布式电缆导体温度测量装置，其特征在于：所述分布式光纤温度传感器(3)呈螺旋状固定在电缆外表面。
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