CN104634470A - 一种用于准确测量电缆导体温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于准确测量电缆导体温度的方法，包括：1)基于电缆径向剖面图，画出一条与电缆导体相切直线；2)计算所画切线在电缆表面的落点位置，及该点到这条切线切点的距离；3)根据所得电缆表皮落点位置，计算该点距地面的垂直距离，以便实际中确定电缆表皮上该点的位置；4)利用测量工具测量实际电缆表皮该点的位置，利用电钻以该点为起点，以该点所在切线为方向，进行打孔，在所打孔中放入热电偶，然后用环氧泥密封；5)进行稳态电流实验，对电缆导体温度进行测量，将电缆导体温度测量值与垂直打孔时测量的温度和根据热路法所得理论计算温度进行比较，分析实际应用效果。本发明不影响电缆从内到外的径向传热，能够准备测量电缆各层温度。

Description

一种用于准确测量电缆导体温度的方法

技术领域

本发明涉及电力电缆状态监测的技术领域，尤其是指一种用于准确测量电缆导体温度的方法。

背景技术

目前，高压输电电缆在我国电网中的地位举足轻重，被誉为电网的“血管”与“经脉”。对于110kV输电电缆存在敷设数量大，敷设方式复杂等情况。而110kV高压输电电缆是以交联聚乙烯作为绝缘材料，，其载流量是由绝缘材料长期允许最高工作温度所决定的。实际运行中导体外表面为绝缘材料的最高温度点，故导体温度值不能超过绝缘材料的长期耐受温度(XLPE为90℃)以保证电缆的寿命。经研究，一旦导体温度超过该限值，将加速电缆的老化，甚至会因局部过热而发生热击穿，引起电缆事故。研究发现，当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％，电缆寿命将只剩下1/4。但若一味追求电缆的运行可靠性，降低运行导体温度，则会使电缆长期低载运行，导致电缆截面得不到有效利用，不能充分发挥电缆的传输能力，造成投资浪费。故在运行中，一方面要保证电缆在允许的范围内安全、可靠运行；另一方面，应使电缆传输容量得到充分合理的使用，保证电缆线路的经济运行。因此为了更加安全、合理、经济的选择电缆及对现有运行电缆载流能力的有效利用，有必要对现有运行电缆的载流量在不同条件下的变化情况进行分析和调整，以满足实际工作需要，进一步在提高系统安全性的前提下节省开支。

针对110kV电缆的载流量，其对于电缆就相当于血管中流过的血液，是电缆一个至关重要的参数，电缆的寿命、安全和运行的稳定都与它息息相关。由于电缆载流量是由绝缘层最高耐受温度决定的，因此，电缆载流量的计算就转化为如何准确计算电缆导体温度，这对于保证电缆安全稳定运行是必不可少的。对于电缆导体温度的计算，目前的方法主要可分为两大类：解析算法和数值算法。其中解析算法主要是热路法，而数值算法则主要有有限元法，有限差分法和边界元法。而热路法是根据电缆内部从导体到的电缆表面传热特点，建立起电缆横截面的径向方向一维传热模型，模型由代表电缆各层材料特性的热阻、热容、热源等元件组成。该方法的准确性取决于模型中参数取值与实际电缆结构参数的误差，与敷设环境无关，只要参数取值有较高的准确度，其模型即可可靠应用于电缆的导体温度计算。因此，为了验证模型的正确性，以及对模型的精度进行优化，就必须精确测量电缆内部各层的温度，主要就是对电缆导体温度的测量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于准确测量电缆导体温度的方法，通过利用本发明提出的测量方法对110kV电缆导体温度进行精确测量，以实现与导体温度理论计算值的精确对比，从而进一步验证从电缆表皮温度推算导体温度理论模型的正确性与准确性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种用于准确测量电缆导体温度的方法，包括以下步骤：

1)基于电缆径向剖面图，画出一条与电缆导体相切直线；

2)根据电缆径向剖面图所提供的电缆径向结构和内部各层的几何尺寸，计算步骤1)所画切线在电缆表面的落点位置，以及该点到这条切线切点的距离；

3)根据步骤2)所得理论上的电缆表皮落点位置，计算该点距地面的垂直距离，以便实际中确定电缆表皮上该点的位置；

4)利用测量工具测量实际电缆表皮该点的位置，利用电钻以该点为起点，以该点所在切线为方向，进行打孔，在所打孔中放入热电偶，然后用环氧泥密封；

5)进行稳态电流实验，对电缆导体温度进行测量，将电缆导体温度测量值与垂直打孔时测量的温度和根据热路法所得理论计算温度进行比较，分析实际应用效果。

在步骤1)中，根据110kV单芯电缆的剖面结构图，首先确定电缆所在平面水平线l₁；然后在导体上选一点B，点B为导体表面距l₁最远的点，过点B做平行于l₁的直线l₂，该直线与电缆表皮交于A点，且与导体相切于B点，同时，过电缆圆心O做平行于l₁的直线，交电缆表皮于C点，连接点A和点O，得到圆心角AOC为θ，并设线段AO的长度为R，线段AB的长度为L，弧长AC为S；

在步骤2)中，由电缆内部结构的几何参数，确定R、θ和L的大小，根据弧长计算公式可得：

$S=\frac{\mathrm{\π\θR}}{180};$

在步骤3)中，根据步骤2)中计算出的数据，利用测量工具对实际电缆进行测量，确定电缆表皮上点A与点C的位置；首先，利用游标卡尺确定C点的位置，然后利用软尺并根据S的大小，以C为起点确定A点的位置，即为下个步骤打孔的起点；

在步骤4)中，利用电钻，以A点为起点，以AB切线为方向，对电缆进行打孔，打孔的深度为L，然后放入热电偶，并用环氧泥进行密封，最后在外侧缠绕防水带；

在步骤5)中，通过稳态电流实验进行电缆导体温度测量，实验系统包括电源、升流器、调压器、单芯电缆、热电偶测温仪，电缆敷设方式为空气敷设，加载电流400A-600A，每段电流加载的时间为8h，之后对比电缆导体温度测量值、垂直打孔测量值和理论计算值，分析实际应用效果，其中，单芯电缆导体温度的计算值是通过实验测的电缆外护套温度推算得到的。

所述单芯电缆的型号为YJLW0364/1101×630。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

针对准确测量电缆导体的方法，本发明提出利用切线法打孔，根据电缆结构确定导体的切线位置进行打孔，然后敷设热电偶，准确测量该位置的温度。该方法与垂直打孔这种传统方式比较有明显优点，它不影响电缆从内到外的径向传热，能够准备测量电缆各层温度。这种方式克服了垂直打孔时沿孔方向上散热条件改变和孔内空气对径向传热的影响，适用于各类电缆内部温度的测量。

附图说明

图1为单芯电缆的剖面结构图。

图2为单芯电缆切线法打孔截面图。

图3为实验系统原理图。

图4为电缆导体温度测量值与理论值对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所述的用于准确测量电缆导体温度的方法，其具体情况如下：

1)根据110kV单芯电缆的剖面结构图，首先确定电缆所在平面水平线l₁；然后在导体上选一点B，点B为导体表面距l₁最远的点，过点B做平行于l₁的直线l₂，该直线与电缆表皮交于A点，且与导体相切于B点，同时，过电缆圆心O做平行于l₁的直线，交电缆表皮于C点，连接点A和点O，得到圆心角AOC为θ，并设线段AO的长度为R，线段AB的长度为L，弧长AC为S，如图1所示。

2)由电缆内部结构的几何参数，确定R、θ和L的大小，根据弧长计算公式可得：

$S=\frac{\mathrm{\π\θR}}{180}.$

3)根据步骤2)中计算出的数据，利用测量工具对实际电缆进行测量，确定电缆表皮上点A与点C的位置；首先，利用游标卡尺确定C点的位置，然后利用软尺并根据S的大小，以C为起点确定A点的位置，即为下个步骤打孔的起点。

4)利用电钻，以A点为起点，以AB切线为方向，对电缆进行打孔，打孔的深度为L，如图2所示；然后放入热电偶，并用环氧泥进行密封，最后在外侧缠绕防水带。

5)通过稳态电流实验进行电缆导体温度测量，实验系统包括电源、升流器、调压器、单芯电缆(YJLW0364/1101×630)、热电偶测温仪，实验系统原理如图3所示；电缆敷设方式为空气敷设，加载电流400A-600A，每段电流加载的时间为8h，之后对比电缆导体温度测量值、垂直打孔测量值和理论计算值，分析实际应用效果，比较的结果曲线如图4所示，其中，单芯电缆导体温度的计算值是通过实验测的电缆外护套温度推算得到的。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于准确测量电缆导体温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于电缆径向剖面图，画出一条与电缆导体相切直线；

2)根据电缆径向剖面图所提供的电缆径向结构和内部各层的几何尺寸，计算步骤1)所画切线在电缆表面的落点位置，以及该点到这条切线切点的距离；

3)根据步骤2)所得理论上的电缆表皮落点位置，计算该点距地面的垂直距离，以便实际中确定电缆表皮上该点的位置；

4)利用测量工具测量实际电缆表皮该点的位置，利用电钻以该点为起点，以该点所在切线为方向，进行打孔，在所打孔中放入热电偶，然后用环氧泥密封；

5)进行稳态电流实验，对电缆导体温度进行测量，将电缆导体温度测量值与垂直打孔时测量的温度和根据热路法所得理论计算温度进行比较，分析实际应用效果。

2.根据权利要求1所述的一种用于准确测量电缆导体温度的方法，其特征在于：

在步骤1)中，根据110kV单芯电缆的剖面结构图，首先确定电缆所在平面水平线l₁；然后在导体上选一点B，点B为导体表面距l₁最远的点，过点B做平行于l₁的直线l₂，该直线与电缆表皮交于A点，且与导体相切于B点，同时，过电缆圆心O做平行于l₁的直线，交电缆表皮于C点，连接点A和点O，得到圆心角AOC为θ，并设线段AO的长度为R，线段AB的长度为L，弧长AC为S；

在步骤2)中，由电缆内部结构的几何参数，确定R、θ和L的大小，根据弧长计算公式可得：

$S=\frac{\mathrm{\π\θR}}{180};$

在步骤3)中，根据步骤2)中计算出的数据，利用测量工具对实际电缆进行测量，确定电缆表皮上点A与点C的位置；首先，利用游标卡尺确定C点的位置，然后利用软尺并根据S的大小，以C为起点确定A点的位置，即为下个步骤打孔的起点；

在步骤4)中，利用电钻，以A点为起点，以AB切线为方向，对电缆进行打孔，打孔的深度为L，然后放入热电偶，并用环氧泥进行密封，最后在外侧缠绕防水带；

在步骤5)中，通过稳态电流实验进行电缆导体温度测量，实验系统包括电源、升流器、调压器、单芯电缆、热电偶测温仪，电缆敷设方式为空气敷设，加载电流400A-600A，每段电流加载的时间为8h，之后对比电缆导体温度测量值、垂直打孔测量值和理论计算值，分析实际应用效果，其中，单芯电缆导体温度的计算值是通过实验测的电缆外护套温度推算得到的。

3.根据权利要求2所述的一种用于准确测量电缆导体温度的方法，其特征在于：所述单芯电缆的型号为YJLW03 64/1101×630。