CN107844899B - 一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法，涉及电力电缆安全控制技术领域。该预测方法，根据高压电缆所在地区的环境参数及高压电缆自身的参数计算各影响因素的分指标，并根据这些分指标计算高压电缆陶瓷防护层的绝缘损耗指标，然后根据绝缘损耗指标，求出高压电缆陶瓷防护层的机械器强度及其损耗百分比，实现对高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测。本发明提供的高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法，分析了各个因素对机械强度的影响，判断出哪类因素影响较大，避免了故障后只更换设备而不知原因的弊端，同时能够有效的预测出高压电缆陶瓷防护层机械强度，保障了高压电缆的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及电力电缆安全控制技术领域，尤其涉及一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法。
背景技术
高压电缆陶瓷防护层作为特殊的绝缘控件，在架空输电线路中的作用举足轻重。理论上该绝缘控件不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致的各种机电应力而失效，否则会严重损害整条线路的使用和运行寿命。
目前关于高压电缆的研究主要集中在高压电缆的故障检测和诊断上：《高压电力电缆护层电流在线监测及故障诊断技术》(高电压技术2015年04期)该技术通过监测护层电流及早发现高压电力电缆线路潜在故障，从而有效避免了非计划性停电。通过建立数学模型详细分析电缆故障，提出了可用于诊断故障与非故障情况下3相交叉互联高压电力电缆中护层电流的研究方案。该技术的缺陷在于，通过电流监测虽可以诊断电缆安全运行与否，但无法准确感知精确的影响因素，可以说是一种总括性的笼统的研究办法，难以应对实际的复杂的工作要求。随着高压电缆的推广和应用，对电缆的运行可靠性的要求则变得越来越高，而高压电缆陶瓷防护层机械强度作为影响高压电缆运行状况的关键因子，其预测方法就愈加亟需解决。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法，解决由于环境和电负荷条件发生变化而导致的绝缘控件的各种机电应力失效的问题。
一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法，包括以下步骤：
步骤1：采集影响高压电缆陶瓷防护层机械强度的环境参数及高压电缆参数；
需采集参数包括：高压电缆所在的地区的空气密度ρ和空气湿度
高压电缆的电缆弧垂程度νh、电缆散热系数Cek、电缆金属衰老系数μ、绝缘层厚度γ，绝缘层杂质率ηk、电缆输电损耗系数β以及采样电缆的长度d，高压电缆的发端电压U、终端电压Ul和高压电缆的平均阻抗Z；
步骤2：根据表征温度损耗水平的分指标T*、表征损耗水平与运行时间长短的关系的分指标t*和表征电缆电热效应损耗的分指标e*，求出高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S；
表征温度损耗水平的分指标T*的计算公式如下所示：
其中，ΔT为高压电缆在基准温度下的温升，在无特殊说明下，基准温度设定为25℃，温度上限为100℃，ΔT的最大值为75℃，e为无理数；
表征损耗水平与运行时间长短的关系的分指标t*的计算公式如下所示：
其中，t为电缆投入运营的工作时长；
表征电缆电热效应损耗的分指标e*的计算公式如下所示：
其中，Ti为高压电缆工作的环境温度；
高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S的计算公式如下所示：
S＝ω1lg T*+ω2lg t*+ω3lg e*
其中，ω1、ω2和ω3分别为三种分指标的权重，ω1、ω2和ω3满足以下两个关系式：
ω1+ω2+ω3＝1
步骤3：根据高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S，求解高压电缆陶瓷防护层的机械强度κ；
高压电缆陶瓷防护层机械强度κ与绝缘损耗指标S呈现反比关系，机械强度κ的表达式如下所示：
步骤4：求解高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗百分比，判断高压电缆是否存在安全隐患；
高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗百分比的计算公式如下所示：
其中，ϑ为高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗百分比，κ*为出厂状态下的机械强度；
如果ϑ≥40％，则该高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗量已达到临界值，发出需维修的报警，否则该高压电缆为安全状态。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法，在构建高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S的过程中，独立分析了各个因素对机械强度存在的影响，各个分指标的数学模型易于实现，进而可以较为容易成为硬件设备。根据各个分指标之间的联系集成最终得到的机械强度κ，若组成硬件组，可通过显示器直观显示，这样易于判断陶瓷防护层的具体情况。由于各个分指标的存在，在判断哪类因素影响较大就可有的放矢，从而避免了故障后只更换设备而不知原因的弊端。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例以温差变化较大、运营时间较长的某地区的高压电缆数据为例，计算该高压电缆陶瓷防护层机械强度并判断是否需要检修。
一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：采集影响高压电缆陶瓷防护层机械强度的环境参数及高压电缆参数；
需采集参数包括：高压电缆所在的地区的空气密度ρ和空气湿度φ，高压电缆的电缆弧垂程度νh、电缆散热系数Cek、电缆金属衰老系数μ、绝缘层厚度γ，绝缘层杂质率ηk、电缆输电损耗系数β以及采样电缆的长度d，高压电缆的发端电压U、终端电压Ul和电缆平均阻抗Z。
本实施例中，高压电缆所在区域的空气密度ρ＝1.29Kg/m3、空气湿度
高压电缆的电缆弧垂程度νh＝0、电缆散热系数Cek＝5.43、电缆金属衰老系数μ＝0.194、绝缘层厚度γ＝60mm、绝缘层杂质率ηk＝12.3％、电缆输电损耗系数β＝0.0012、高压电缆的采样电缆长度d＝100Km、发端电压U＝500KV、终端电压Ul＝499.8754KV、电缆平均阻抗Z＝68.4Ω。
步骤2：根据表征温度损耗水平的分指标T*、表征损耗水平与运行时间长短的关系的分指标t*和表征电缆电热效应损耗的分指标e*，求出高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S；
表征温度损耗水平的分指标T*的计算公式如下所示：
其中，ΔT为高压电缆在基准温度下的温升，在无特殊说明下，基准温度设定为25℃，温度上限为100℃，ΔT的最大值为75℃，e为无理数。
本实施例中，根据采集的参数计算得到表征温度损耗水平的分指标T*＝25.5221。
表征损耗水平与运行时间长短的关系的分指标t*的计算公式如下所示：
本实施例中，计算得到表征损耗水平与运行时间长短的关系的分指标t*＝9.2421。
表征电缆电热效应损耗的分指标e*的计算公式如下所示：
本实施例中，计算得到表征电缆电热效应损耗的分指标e*＝12.0052。
高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S的计算公式如下所示：
S＝ω1lg T*+ω2lg t*+ω3lg e*
其中，ω1、ω2和ω3分别为三种分指标的权重，ω1、ω2和ω3满足以下两个关系式：
ω1+ω2+ω3＝1
本实施例中，计算得到三种分指标的权重分别为ω1＝0.43、ω2＝0.46和ω3＝0.11，高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S＝0.43×0.2551+0.46×0.1892+0.11×0.7090＝0.1461。
步骤3：根据高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S，求解高压电缆陶瓷防护层的机械强度κ；
机械强度κ的表达式如下所示：
本实施例中，计算得到该高压电缆陶瓷防护层机械强度κ＝71.46。
步骤4：求解高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗百分比，判断高压电缆是否存在安全隐患；
高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗百分比的计算公式如下所示：
其中，ϑ为高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗百分比，κ*为出厂状态下的机械强度；
如果ϑ≥40％，则该高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗量已达到临界值，此时密集的电荷很容易与气体产生撞击游离，连续撞击游离的结果将使电缆头端的电场强度持续增加，极易击穿此处的绝缘层，该高压电缆存在安全隐患，发出需要维修的报警，否则该高压电缆为安全状态。
本实施例中，该高压电缆在出厂状态下的机械强度为κ*＝100，计算得到高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗百分比ϑ＝28.54％<40％，所以该高压电缆为安全状态，不需要进行检修。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
Claims (4)
1.一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法，其特征在于：包括以下步骤为：
步骤1：采集影响高压电缆陶瓷防护层机械强度的环境参数及高压电缆参数；
需采集参数包括：高压电缆所在的地区的空气密度ρ和空气湿度
高压电缆的电缆弧垂程度νh、电缆散热系数Cek、电缆金属衰老系数μ、绝缘层厚度γ，绝缘层杂质率ηk、电缆输电损耗系数β以及采样电缆的长度d，高压电缆的发端电压U、终端电压Ul和高压电缆的平均阻抗Z；
步骤2：根据表征温度损耗水平的分指标T*、表征损耗水平与运行时间长短的关系的分指标t*和表征电缆电热效应损耗的分指标e*，求出高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S；
高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S的计算公式如下所示：
S＝ω1lg T*+ω2lg t*+ω3lg e*
其中，ω1、ω2和ω3分别为三种分指标的权重，ω1、ω2和ω3满足以下两个关系式：
ω1+ω2+ω3＝1
其中，ΔT为高压电缆在基准温度下的温升，在无特殊说明下，基准温度设定为25℃，温度上限为100℃，ΔT的最大值为75℃，t为电缆投入运营的工作时长，e为无理数；
步骤3：根据高压电缆陶瓷防护层绝缘损耗指标S，求解高压电缆陶瓷防护层的机械强度κ；
高压电缆陶瓷防护层机械强度κ与绝缘损耗指标S呈现反比关系，机械强度κ的表达式如下所示：
步骤4：求解高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗百分比，判断高压电缆是否存在安全隐患；
高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗百分比的计算公式如下所示：
其中，ϑ为高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗百分比，κ*为出厂状态下的机械强度；
如果ϑ≥40％，则该高压电缆陶瓷防护层的机械强度损耗量已达到临界值，发出需维修的报警，否则该高压电缆为安全状态。
2.根据权利要求1所述的一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法，其特征在于：步骤2所述表征温度损耗水平的分指标T*的计算公式如下所示：
3.根据权利要求1所述的一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法，其特征在于：步骤2所述表征损耗水平与运行时间长短的关系的分指标t*的计算公式如下所示：
4.根据权利要求1所述的一种高压电缆陶瓷防护层机械强度的预测方法，其特征在于：步骤2所述表征电缆电热效应损耗的分指标e*的计算公式如下所示：
其中，Ti为高压电缆工作的环境温度。
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