CN104678267A - 一种间接测量电缆绝缘层介质损耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间接测量电缆绝缘层介质损耗的方法，包括以下步骤：S1、将测温热电偶用标准热电偶进行校准，保证测温热电偶的测量精度；S2、对电缆用电钻打孔，将两个测温热电偶分别布置到电缆绝缘层的内、外表面；S3、将测温热电偶连接到测温仪上，实时测量电缆绝缘层的内、外表面温度；S4、将绝缘层内、外表面温度代入推导出的绝缘层介质损耗计算公式，计算得到绝缘层介质损耗。本方法可以进行在线测量，克服了传统方法只能停电测量的缺点。利用此方法可以进行电缆绝缘层介质损耗在线监测系统设计。另外本方法通过测量温度实现，温度测量易于实现，测量成本较低，能克服原有在线测量介质损耗方法成本高，对设备测量精度要求高的问题。

Description

一种间接测量电缆绝缘层介质损耗的方法

技术领域

本发明涉及电力电缆监测的研究领域，特别涉及一种间接测量电缆绝缘层介质损耗的方法。

背景技术

高压电力电缆在电能输送过程中，其对地电压会使导体绝缘产生介质损耗，但介质损耗较小。而当电缆处于过电压运行状态时，其介质损耗会大幅度增加。另外，由于工作环境恶劣，电缆长期运行会引起电缆绝缘老化，包括电老化、热老化等，老化的结果是绝缘性能降低，介质损耗升高。因此，常可通过监测绝缘层介质损耗，判断电缆是否处于过电压运行状态，评估电缆绝缘的性能。

目前，高压电缆介质损耗的测量包括离线式和在线式两种。离线式测量需要停电处理，对用户供电造成很大的不便，且耗费人力物力。但是，离线式测量能实时测量介质损耗，及时反映出介质损耗的变化，以方便检修人员决定是否进行停电检修。常见介质损耗检测方法包括电桥法、电流平衡法、瓦特表法、过零点法等。电桥法和电流平衡法需要取样进行离线测量；瓦特表法和过零点法都基于如下原理：当电缆绝缘的介质损耗变化，线路电压与电流的相位差发生变化。即通过测量线路的功率因数角变化达到测量介质损耗的目的。瓦特表法和过零点法可以在线测量，但由于介质损耗对线路总损耗的影响较小，对仪表的测量精度要求较高。

考虑到介质损耗与电缆的热场分布有关，介质损耗变化会引起电缆热场分布变化。因此，可以通过温度测量间接获得电缆绝缘层介质损耗。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种间接测量电缆绝缘层介质损耗的方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种间接测量电缆绝缘层介质损耗的方法，包括下述步骤：

S1、将测温热电偶用标准热电偶进行校准，保证测温热电偶的测量精度；

S2、将两个测温热电偶分别布置到电缆绝缘层的内、外表面；

S3、将测温热电偶连接到测温仪上，以便实时测量电缆绝缘层的内、外表面温度；

S4、将绝缘层内、外表面温度代入绝缘层介质损耗计算公式，计算得到绝缘层介质损耗。

优选的，步骤S2具体为：

S2.1、根据电缆截面参数得到绝缘层的厚度，将两个测温热电偶绑在一起，前后间隔等于绝缘层的厚度；

S2.2、用电钻对电缆进行打孔，打深到钻头接触金属屏蔽为止；

S2.3、将绑缚在一起的测温热电偶插入小孔内，用环氧泥填充孔隙，避免空气对流引起的测温误差。

优选的，步骤S4具体为：

S4.1、根据导热基本定律知，单位时间内通过单位截面积所传导的热量，正比于垂直于截面方向上的温度变化率，用热阻表示比例系数，即可得到如下公式，

$T=\frac{\mathrm{\Δt}}{Q}---\left(1\right)$

式中，T表示热阻；△t表示温度梯度；Q表示单位时间内，通过单位截面积所传导的热量；

S4.2、由于电缆绝缘层为紧贴在铜芯导体上的圆筒壁，用下述公式计算电缆绝缘层的热阻，

$T_1=\frac{{\mathrm{\ρ}}_T}{2\mathrm{\π}}\ln (1+\frac{{2t}_1}{d_c})---\left(2\right)$

式中，ρ_T绝缘材料热阻系数，K·m/W；d_c导体直径，mm；t₁为绝缘厚度，mm，式中参数都可通过查阅资料找到；

S4.3、根据IEC60287标准，通过下述公式计算流过电缆绝缘层的热流，

Q＝I²R+0.5ω_d   (3)

式中，Q表示通过绝缘层的热流(K·m/W)；I表示通过电缆的电流(A)，可通过测量得到；R表示电缆的交流电阻(Ω/m)；ω_d表示电缆绝缘层的介质损耗(K·m/W)；

S4.4、由公式(1)，公式(2)，公式(3)可得到电缆绝缘层介质损耗的计算公式，

${\mathrm{\ω}}_d=\frac{4\mathrm{\π\Δt}}{{\mathrm{\ρ}}_T\ln (1+\frac{{2t}_1}{d_c})}-I^{2}R---\left(4\right)$

式中，I表示通过电缆的电流(A)，可通过测量得到；R表示电缆的交流电阻(Ω/m)；ω_d表示电缆绝缘层的介质损耗(K·m/W)；ρ_T绝缘材料热阻系数，K·m/W；d_c导体直径，mm；t₁为绝缘厚度，mm；△t表示温度梯度，℃。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本方法可以进行在线测量，克服了传统方法只能停电测量的缺点。利用此方法可以进行电缆绝缘层介质损耗在线监测系统设计。

2、本方法通过测量温度实现，温度测量易于实现，测量成本较低，且对设备的测量精度要求不高，能克服原有在线测量介质损耗方法成本高，对设备测量精度要求高的问题。

附图说明

图1是本发明试验系统结构示意图；

图2是本发明测温热电偶布置图；

图3是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1、图2所示，本实施例间接测量电缆绝缘层介质损耗的系统，包括电源1、补偿电容箱2、升流器2、电缆4、电流互感器5、PLC 6以及控制电机7，所述电源给系统各部分供电，所述补偿电容箱与升流器连接，升流器的另一端连接电缆，电流互感器将得到的测量信号输入PLC中，再通过控制电机连接至补偿电容箱的前端。

通过上述系统进行介质损耗测量时，用电钻对电缆进行打孔，打深到钻头接触金属屏蔽为止，然后将第一热电偶8和第二热电偶9插入小孔内，热电偶的另一端连接测温仪，两个热电偶之间为绝缘层10。

如图3所示，本实施例一种间接测量电缆绝缘层介质损耗的方法，包括下述步骤：

S1、将测温热电偶用标准热电偶进行校准，保证测温热电偶的测量精度；

S2、将两个测温热电偶分别布置到电缆绝缘层的内、外表面；具体为：

S2.1、根据电缆截面参数得到绝缘层的厚度，将两个测温热电偶绑在一起，前后间隔等于绝缘层的厚度；

S2.2、用电钻对电缆进行打孔，打深到钻头接触金属屏蔽为止；

S2.3、将绑缚在一起的测温热电偶插入小孔内，用环氧泥填充孔隙，避免空气对流引起的测温误差。

S3、将测温热电偶连接到测温仪上，以便实时测量电缆绝缘层的内、外表面温度；

S4、将绝缘层内、外表面温度代入绝缘层介质损耗计算公式，计算得到绝缘层介质损耗，具体为：

S4.1、根据导热基本定律知，单位时间内通过单位截面积所传导的热量，正比于垂直于截面方向上的温度变化率。用热阻表示比例系数，即可得到如下公式，

$T=\frac{\mathrm{\Δt}}{Q}---\left(1\right)$

式中，T表示热阻；△t表示温度梯度；Q表示单位时间内，通过单位截面积所传导的热量；

S4.2、由于电缆绝缘层为紧贴在铜芯导体上的圆筒壁，可用下述公式计算电缆绝缘层的热阻，

$T_1=\frac{{\mathrm{\ρ}}_T}{2\mathrm{\π}}\ln (1+\frac{{2t}_1}{d_c})---\left(2\right)$

式中，ρ_T绝缘材料热阻系数，K·m/W；d_c导体直径，mm；t₁为绝缘厚度，mm，式中参数都可通过查阅资料找到；

S4.3、根据IEC60287标准，可通过下述公式计算流过电缆绝缘层的热流，

Q＝I²R+0.5ω_d   (3)

式中，Q表示通过绝缘层的热流(K·m/W)；I表示通过电缆的电流(A)，可通过测量得到；R表示电缆的交流电阻(Ω/m)；ω_d表示电缆绝缘层的介质损耗(K·m/W)；

S4.4、由公式(1)，公式(2)，公式(3)可得到电缆绝缘层介质损耗的计算公式，

${\mathrm{\ω}}_d=\frac{4\mathrm{\π\Δt}}{{\mathrm{\ρ}}_T\ln (1+\frac{{2t}_1}{d_c})}-I^{2}R---\left(4\right)$

式中，I表示通过电缆的电流(A)，可通过测量得到；R表示电缆的交流电阻(Ω/m)；ω_d表示电缆绝缘层的介质损耗(K·m/W)；ρ_T绝缘材料热阻系数，K·m/W；d_c导体直径，mm；t₁为绝缘厚度，mm；△t表示温度梯度，℃。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种间接测量电缆绝缘层介质损耗的方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、将测温热电偶用标准热电偶进行校准，保证测温热电偶的测量精度；

S2、将两个测温热电偶分别布置到电缆绝缘层的内、外表面；

S3、将测温热电偶连接到测温仪上，以便实时测量电缆绝缘层的内、外表面温度；

S4、将绝缘层内、外表面温度代入绝缘层介质损耗计算公式，计算得到绝缘层介质损耗。

2.根据权利要求1所述的间接测量电缆绝缘层介质损耗的方法，其特征在于，步骤S2具体为：

S2.1、根据电缆截面参数得到绝缘层的厚度，将两个测温热电偶绑在一起，前后间隔等于绝缘层的厚度；

S2.2、用电钻对电缆进行打孔，打深到钻头接触金属屏蔽为止；

S2.3、将绑缚在一起的测温热电偶插入小孔内，用环氧泥填充孔隙，避免空气对流引起的测温误差。

3.根据权利要求1所述的间接测量电缆绝缘层介质损耗的方法，其特征在于，步骤S4具体为：

S4.1、根据导热基本定律知，单位时间内通过单位截面积所传导的热量，正比于垂直于截面方向上的温度变化率，用热阻表示比例系数，即可得到如下公式，

$T=\frac{\mathrm{\Δt}}{Q}---\left(1\right)$

式中，T表示热阻；△t表示温度梯度；Q表示单位时间内，通过单位截面积所传导的热量；

S4.2、由于电缆绝缘层为紧贴在铜芯导体上的圆筒壁，用下述公式计算电缆绝缘层的热阻，

$T_1=\frac{{\mathrm{\ρ}}_T}{2\mathrm{\π}}1n(1+\frac{{2t}_1}{d_c})---\left(2\right)$

式中，ρ_T绝缘材料热阻系数，K·m/W；d_c导体直径，mm；t₁为绝缘厚度，mm，式中参数都可通过查阅资料找到；

S4.3、根据IEC60287标准，通过下述公式计算流过电缆绝缘层的热流，

Q＝I²R+0.5ω_d   (3)

式中，Q表示通过绝缘层的热流(K·m/W)；I表示通过电缆的电流(A)，可通过测量得到；R表示电缆的交流电阻(Ω/m)；ω_d表示电缆绝缘层的介质损耗(K·m/W)；

S4.4、由公式(1)，公式(2)，公式(3)可得到电缆绝缘层介质损耗的计算公式，

${\mathrm{\ω}}_d=\frac{4\mathrm{\π\Δt}}{{\mathrm{\ρ}}_{T}1n(1+\frac{{2t}_1}{d_c})}-I^{2}R---\left(4\right)$

式中，I表示通过电缆的电流(A)，可通过测量得到；R表示电缆的交流电阻(Ω/m)；ω_d表示电缆绝缘层的介质损耗(K·m/W)；ρ_T绝缘材料热阻系数，K·m/W；d_c导体直径，mm；t₁为绝缘厚度，mm；△t表示温度梯度，℃。