CN110044499B - 一种配电网电缆终端异常温度检测降温装置及预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网电缆终端异常温度检测降温装置及预警方法。装置的液氮储存罐的出流通道通过铝合金导流外管道与数控开关阀门连接；铝合金导流内管道螺旋固定在不锈钢罐体内壁上；液氮储存罐、铝合金导流外管道、数控开关阀门、铝合金导流外管道、铝合金导流内管道、铝合金导流外管道内实现液氮的循环。预警方法包括利用电缆介质损耗测试仪对异常温度电缆终端进行介质损耗检测，使用分段线性插值法进行拟合、计算相邻拟合区间积分差、利用拟合曲线的斜率、异常温度，计算电缆终端损耗因子后对电缆终端进行判定等步骤。降温装置能有效降低电缆终端的异常温度，预警方法对电缆终端是否存在故障进行判断。

Description

一种配电网电缆终端异常温度检测降温装置及预警方法
技术领域
本发明属于配电网电缆终端异常温度故障领域，具体涉及一种配电网电缆终端异常温度检测装置及预警方法。
背景技术
随着我国的迅速发展，在工业以及民用等方面对电力的需求飞速增长，近年来，电力行业取得飞速进步，电力电缆在电力系统中承担着电能的传输和分配的任务，电缆终端作为电缆与各种电气设备相连接的重要部分，是电缆中绝缘能力较为薄弱的部分，并且由于其特殊的构造会导致终端内部畸变严重，造成电缆终端严重发热，长期如此，会急剧加速电缆老化，对电力系统的稳定性买下事故隐患，一旦发生故障，将对居民生活以及国民经济造成巨大损失，产生恶劣的社会影响，因此及时对电缆终端的异常温度进行降温并对电缆故障故障预警有着重要的意义。
目前，针对电力电缆终端接头的异常温度降温及预警装置较少，通常做法为监测电缆终端表面和电缆本体的温度来判断电缆的发热情况，但是该方法不能对异常温度进行有效处理，仅作为一种监测方法，所以目前急需一种能够有效、可靠的装置对电缆终端异常温度进行降温的装置，并且能够对异常温度电缆终端状态预警的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种配电网电缆终端异常温度检测降温装置，并提供了一种配电网电缆终端异常温度的预警方法。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种电力电缆终端异常温度检测降温装置，包括：
液氮储存罐(1)、数控开关阀门(2)、内壁为聚四氟乙烯隔离层(5)的不锈钢罐体(4)；
还包括液氮储存罐(1)的第一电磁阀出流通道(10)和第二电磁阀出流通道(32)，第一电磁阀出流通道(10)和第二电磁阀出流通道(32)均通过铝合金导流外管道(6)与数控开关阀门(2)相连，数控开关阀门(2)通过铝合金导流外管道(7)与螺旋固定在不锈钢罐体(4)内壁上的铝合金导流内管道(8)相连，铝合金导流内管道(8)与铝合金导流外管道(9)相连，铝合金导流外管道(9)与电磁阀回流通道(11)连接，在液氮储存罐(1)、铝合金导流外管道(6)、数控开关阀门(2)、铝合金导流外管道(7)、铝合金导流内管道(8)、铝合金导流外管道(9)内实现液氮的循环；不锈钢罐体(4)通过前固定孔(14)和后固定孔(15)套入待连接的电缆终端(31)，接地测试线(30)穿过后端导线孔(17)与后续检测装置连接；
第一温度传感器(20)、第二温度传感器(21)、第三温度传感器(22)、第四温度传感器(23)、第五温度传感器(24)放置在电缆终端绝缘层与外半导电层之间，第六温度传感器(25)、第七温度传感器(26)、第八温度传感器(27)、第九温度传感器(28)、第十温度传感器(29)放置在与第一温度传感器(20)、第二温度传感器(21)、第三温度传感器(22)和第四温度传感器(23)、第五温度传感器(24)相对的另一侧电缆终端绝缘层与外半导电层之间，一号温度传感器(20)、二号温度传感器(21)、三号温度传感器(22)、六号温度传感器(25)、七号温度传感器(26)、八号温度传感器(27)采集的数据由信号传输线穿过不锈钢罐体(4)前端导线孔(16)与数控开关阀门(2)连接，第四温度传感器(23)、第五温度传感器(24)、第九温度传感器(28)、第十温度传感器(29)穿过后端导线孔(17)与数控开关阀门(2)连接，气压计(3)置于液氮储存罐(1)顶部。
上述装置预警方法为：
第一步：温度检测及初步降温
1.1温度传感器将采集的信号通过数据传输线传输给数控开关阀门(2)进行处理分析，各个测量点位温度为T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10；所述T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10分别由第一温度传感器(20)、第二温度传感器(21)、第三温度传感器(22)、第四温度传感器(23)、第五温度传感器(24)、第六温度传感器(25)、第七温度传感器(26)、第八温度传感器(27)、第九温度传感器(28)、第十温度传感器(29)得到；其中，T1与T6、T2与T7、T3与T8、T4与T9、T5与T10的测量点分别上下对置，温度传感器每5s记录一次数据；
1.2当有超过4个温度传感器所采集到的温度数据大于105℃且持续时间超过5min，则报警器(18)变黄发出警报，记温度传感器所检测到的温度最大值为Tmax，温度传感器所检测到的温度最小值为Tmin，数控开关阀门(2)、第一电磁阀出流通道(10)、电磁阀回流通道(11)动作，开关打开，液氮通过液氮储存罐(1)的第一电磁阀出流通道(10)，流经铝合金导流外管道(6)、铝合金导流外管道(7)、铝合金导流内管道(8)、铝合金导流外管道(9)，最后由电磁阀回流通道(11)流进液氮储存罐(1)，形成降温冷却回路，持续5min，当温度均小于设定阈值时，警报解除，冷却回路关闭；当冷却5min后温度仍高于阈值，则数控开关阀门(2)、第一电磁阀出流通道(10)继续保持开启状态，同时再打开第二电磁阀出流通道(32)，增加液氮循环量，持续5min，若温度降低至阈值以下，则解除警报，数控开关阀门(2)、第一电磁阀出流通道(10)、第二电磁阀出流通道(32)、电磁阀回流通道(11)关闭；若温度仍大于阈值，则使用电缆介质损耗测试仪进行检测，对电缆终端状态评估，针对电缆终端的状态评估；
第二步：介质损耗检测及评估
2.1使用电缆介质损耗测试仪，测试范围为1mHz～104Hz，从该频带上选取n个采样点，n取1001，第i个测试点的频率记为fi，该点的所测得介质损耗角正切值记为tdi，i∈[1,n]，以测试中的采样点频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标，以采样频率点所对应的介质损耗角正切值td1,td2,……,tdn为拟合数据的纵坐标值，利用分段线性插值法进行拟合，绘制电缆终端介质损耗曲线td(f)，电缆终端介质损耗曲线最大值记为tdmax，最小值记为tdmin；
Figure GDA0002280060020000041
2.2将1mHz～104Hz的频带范围分为1000个区间，对相邻区间的td(f)求得积分差Δtdi；
Figure GDA0002280060020000042
式中，m,n为整数，m＝2n+1,1≤n≤500，fm为2.1中各采样点的频率值；
Figure GDA0002280060020000043
式中，n为采样点数目，
Figure GDA0002280060020000044
为积分差的平均值；
2.3对2.1中拟合所得电缆终端介质损耗曲线td(f)求取斜率k；
Figure GDA0002280060020000051
kmax＝max[k(f1),k(fn)]
kmax为测试频率范围内曲线斜率最大值；
2.4计算电缆终端损耗因子λ；
Figure GDA0002280060020000052
式中，tdmax为电缆终端介质损耗曲线的最大值，tdmin为电缆终端介质损耗曲线的最小值，Tmax为温度传感器所检测到的温度最大值，Tmin为温度超过阈值后温度传感器所检测到的温度最小值，TQ为温度传感器在5min中内所检测到的温度，
Figure GDA0002280060020000053
为温度传感器在5min中内所测得温度的平均值；
2.5电缆终端温度异常判断；
当2.4中λ≤3.5，则表明温度异常电缆终端本身未出现严重损伤，需对降温装置进行检查；若λ>3.5，则表明温度异常电缆终端出现严重损伤，需要对电缆终端进行维修或者更换处理。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的装置能够方便有效地对电力电缆终端异常温度进行检测并降温。
2、测评方法通过对电缆频率响应曲线的分析使用，对电力电缆终端故障做出有效预警。
附图说明
图1为本发明中电缆终端异常温度检测降温装置的结构图。
图2为本发明实验装置不锈钢罐体正视图。
图3为本发明中电缆终端异常温度预警方法的流程图。
具体实施方式
下面结合图示对本发明作进一步的说明。
图1所示为本发明中电缆终端异常温度检测降温装置的结构图，主要包括液氮储存罐1、数控开关阀门2、内壁为聚四氟乙烯隔离层5的不锈钢罐体4。
液氮储存罐1的出流通道10第一电磁阀出流通道10、第二电磁阀出流通道32通过铝合金导流外管道6与数控开关阀门2相连，数控开关阀门2通过铝合金导流外管道7与螺旋固定在不锈钢罐体4内壁上的铝合金导流内管道8相连，铝合金导流内管道8与铝合金导流外管道9相连，铝合金导流外管道9与电磁阀回流通道11连接；在液氮储存罐1、铝合金导流外管道6、数控开关阀门2、铝合金导流外管道7、铝合金导流内管道8、铝合金导流外管道9内实现液氮的循环。不锈钢罐体4通过前固定孔14和后固定孔15套入待连接的电缆终端1，接地测试线30通过后端导线孔17与后续检测装置连接。
第一温度传感器20、第二温度传感器21、第三温度传感器22、第四温度传感器23、第五温度传感器24放置在终端绝缘层与外半导电层之间，第六温度传感器25、第七温度传感器26、第八温度传感器27、第九温度传感器28、第十温度传感器29放置在与第一温度传感器20、第二温度传感器21、第三温度传感器22和第四温度传感器23、第五温度传感器24相对的另一侧终端绝缘层与外半导电层之间，一号温度传感器20、二号温度传感器21、三号温度传感器22、六号温度传感器25、七号温度传感器26、八号温度传感器27采集的数据由信号传输线通过不锈钢罐体4前端导线孔16与数控开关阀门2连接，第四温度传感器23、第五温度传感器24、第九温度传感器28、第十温度传感器29通过后端导线孔17与数控开关阀门2连接，气压计3置于液氮储存罐1顶部。
内壁为聚四氟乙烯隔离层5的不锈钢罐体4左、右侧罐口半径为105mm，中间罐体半径为125mm，罐口长度为90mm，罐体长度为900mm，不锈钢罐体4前端导线孔16和后端导线孔17半径为8mm，前固定孔14和后固定孔15可变半径范围为20mm～50mm，罐内聚四氟乙烯绝缘层5厚度为4mm，罐内螺旋固定的铝合金导流内管道7入口距罐口15mm，管道半径径为10mm，螺旋导程为50cm。
图3为本发明中电缆终端异常温度预警方法的流程图，步骤包括：
1)温度传感器将采集的信号通过数据传输线传输给数控开关阀门2进行处理分析，数控开关阀门2上有控制按钮12、显示屏13、报警器18、流量控制阀门19，温度传感器每5s记录一次数据；
2)当有超过4个温度传感器所采集到的温度数据大于105℃且持续时间超过5min，则报警器18变黄发出警报，记温度传感器所检测到的温度最大值为Tmax，温度传感器所检测到的温度最小值为Tmin，数控开关阀门2、第一电磁阀出流通道10、电磁阀回流通道11动作，开关打开，液氮通过液氮储存罐1的第一电磁阀出流通道10，流经铝合金导流外管道6、铝合金导流外管道7、铝合金导流内管道8、铝合金导流外管道9，最后由电磁阀回流通道11流进液氮储存罐1，形成降温冷却回路，持续5min，当温度均小于设定阈值时，警报解除，冷却回路关闭；当冷却5min后温度仍高于阈值，则数控开关阀门2、第一电磁阀出流通道10继续保持开启状态，同时再打开第二电磁阀出流通道32，增加液氮循环量，持续5min，若温度降低至阈值以下，则解除警报，数控开关阀门2、第一电磁阀出流通道10、第二电磁阀出流通道32、电磁阀回流通道11关闭；若温度仍大于阈值，则使用电缆介质损耗测试仪进行检测，对电缆终端状态评估，针对电缆终端的状态评估，包括以下步骤：
步骤1：使用电缆介质损耗测试仪，该测试仪可保持稳定电压，测试频率从高到低进行扫频测试，测试范围为1mHz～104Hz，从该频带上选取n个采样点，n取1001，第i个测试点的频率记为fi，该点的所测得介质损耗角正切值记为tdi，i∈[1,n]，以测试中的采样点频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标，以采样频率点所对应的介质损耗角正切值td1,td2,……,tdn为拟合数据的纵坐标值，利用分段线性插值法进行拟合，绘制电缆终端介质损耗曲线td(f)，电缆终端介质损耗曲线最大值记为tdmax，最小值记为tdmin；
Figure GDA0002280060020000081
步骤2：将1mHz～104Hz的频带范围分为1000个区间，对相邻区间的td(f)求得积分差Δtdi；
Figure GDA0002280060020000082
式中，m,n为整数，m＝2n+1,1≤n≤500，fm为步骤1中各采样点的频率值；
Figure GDA0002280060020000083
式中，n为采样点数目，
Figure GDA0002280060020000084
为积分差的平均值；
步骤3：对步骤1中拟合所得电缆终端介质损耗曲线td(f)求取斜率k；
Figure GDA0002280060020000085
kmax＝max[k(f1),k(fn)]
kmax为测试频率范围内曲线斜率最大值；
步骤4：计算电缆终端损耗因子λ；
Figure GDA0002280060020000091
式中，tdmax为电缆终端介质损耗曲线的最大值，tdmin为电缆终端介质损耗曲线的最小值，Tmax为温度传感器所检测到的温度最大值，Tmin为温度超过阈值后温度传感器所检测到的温度最小值，TQ为温度传感器在5min中内所检测到的温度，
Figure GDA0002280060020000092
为温度传感器在5min中内所测得温度的平均值。
步骤5：电缆终端温度异常判断方法；
当步骤4中λ≤3.5，则表明温度异常电缆终端本身未出现严重损伤，需对降温装置进行检查；若λ>3.5，则表明温度异常电缆终端出现严重损伤，需要对电缆终端进行维修或者更换处理。

Claims (2)

1.一种配电网电缆终端异常温度检测降温装置，其特征在于，包括
液氮储存罐(1)、数控开关阀门(2)、内壁为聚四氟乙烯隔离层(5)的不锈钢罐体(4)；
还包括液氮储存罐(1)的第一电磁阀出流通道(10)和第二电磁阀出流通道(32)，第一电磁阀出流通道(10)和第二电磁阀出流通道(32)均通过铝合金导流外管道(6)与数控开关阀门(2)相连，数控开关阀门(2)通过铝合金导流外管道(7)与螺旋固定在不锈钢罐体(4)内壁上的铝合金导流内管道(8)相连，铝合金导流内管道(8)与铝合金导流外管道(9)相连，铝合金导流外管道(9)与电磁阀回流通道(11)连接，在液氮储存罐(1)、铝合金导流外管道(6)、数控开关阀门(2)、铝合金导流外管道(7)、铝合金导流内管道(8)、铝合金导流外管道(9)内实现液氮的循环；不锈钢罐体(4)通过前固定孔(14)和后固定孔(15)套入待连接的电缆终端(31)，接地测试线(30)穿过后端导线孔(17)与后续检测装置连接；
第一温度传感器(20)、第二温度传感器(21)、第三温度传感器(22)、第四温度传感器(23)、第五温度传感器(24)放置在电缆终端绝缘层与外半导电层之间，第六温度传感器(25)、第七温度传感器(26)、第八温度传感器(27)、第九温度传感器(28)、第十温度传感器(29)放置在与第一温度传感器(20)、第二温度传感器(21)、第三温度传感器(22)和第四温度传感器(23)、第五温度传感器(24)相对的另一侧电缆终端绝缘层与外半导电层之间，一号温度传感器(20)、二号温度传感器(21)、三号温度传感器(22)、六号温度传感器(25)、七号温度传感器(26)、八号温度传感器(27)采集的数据由信号传输线穿过不锈钢罐体(4)前端导线孔(16)与数控开关阀门(2)连接，第四温度传感器(23)、第五温度传感器(24)、第九温度传感器(28)、第十温度传感器(29)穿过后端导线孔(17)与数控开关阀门(2)连接，气压计(3)置于液氮储存罐(1)顶部。
2.如权利要求1所述的一种配电网电缆终端异常温度检测降温装置的预警方法，其特征在于，包括：
第一步：温度检测及初步降温
1.1温度传感器将采集的信号通过数据传输线传输给数控开关阀门(2)进行处理分析，各个测量点位温度为T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10；所述T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10分别由第一温度传感器(20)、第二温度传感器(21)、第三温度传感器(22)、第四温度传感器(23)、第五温度传感器(24)、第六温度传感器(25)、第七温度传感器(26)、第八温度传感器(27)、第九温度传感器(28)、第十温度传感器(29)得到；其中，T1与T6、T2与T7、T3与T8、T4与T9、T5与T10的测量点分别上下对置，温度传感器每5s记录一次数据；
1.2当有超过4个温度传感器所采集到的温度数据大于105℃且持续时间超过5min，则报警器(18)变黄发出警报，记温度传感器所检测到的温度最大值为Tmax，温度传感器所检测到的温度最小值为Tmin，数控开关阀门(2)、第一电磁阀出流通道(10)、电磁阀回流通道(11)动作，开关打开，液氮通过液氮储存罐(1)的第一电磁阀出流通道(10)，流经铝合金导流外管道(6)、铝合金导流外管道(7)、铝合金导流内管道(8)、铝合金导流外管道(9)，最后由电磁阀回流通道(11)流进液氮储存罐(1)，形成降温冷却回路，持续5min，当温度均小于设定阈值时，警报解除，冷却回路关闭；当冷却5min后温度仍高于阈值，则数控开关阀门(2)、第一电磁阀出流通道(10)继续保持开启状态，同时再打开第二电磁阀出流通道(32)，增加液氮循环量，持续5min，若温度降低至阈值以下，则解除警报，数控开关阀门(2)、第一电磁阀出流通道(10)、第二电磁阀出流通道(32)、电磁阀回流通道(11)关闭；若温度仍大于阈值，则使用电缆介质损耗测试仪进行检测，对电缆终端状态评估，针对电缆终端的状态评估；
第二步：介质损耗检测及评估
2.1使用电缆介质损耗测试仪，测试范围为1mHz～104Hz，从该频带上选取n个采样点，n取1001，第i个测试点的频率记为fi，该点的所测得介质损耗角正切值记为tdi，i∈[1,n]，以测试中的采样点频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标，以采样频率点所对应的介质损耗角正切值td1,td2,……,tdn为拟合数据的纵坐标值，利用分段线性插值法进行拟合，绘制电缆终端介质损耗曲线td(f)，电缆终端介质损耗曲线最大值记为tdmax，最小值记为tdmin；
Figure FDA0002280060010000031
2.2将1mHz～104Hz的频带范围分为1000个区间，对相邻区间的td(f)求得积分差Δtdi；
Figure FDA0002280060010000032
式中，m,n为整数，m＝2n+1,1≤n≤500，fm为2.1中各采样点的频率值；
Figure FDA0002280060010000033
式中，n为采样点数目，
Figure FDA0002280060010000034
为积分差的平均值；
2.3对2.1中拟合所得电缆终端介质损耗曲线td(f)求取斜率k；
Figure FDA0002280060010000041
kmax＝max[k(f1),k(fn)]
kmax为测试频率范围内曲线斜率最大值；
2.4计算电缆终端损耗因子λ；
Figure FDA0002280060010000042
式中，tdmax为电缆终端介质损耗曲线的最大值，tdmin为电缆终端介质损耗曲线的最小值，Tmax为温度传感器所检测到的温度最大值，Tmin为温度超过阈值后温度传感器所检测到的温度最小值，TQ为温度传感器在5min中内所检测到的温度，T为温度传感器在5min中内所测得温度的平均值；
2.5电缆终端温度异常判断；
当2.4中λ≤3.5，则表明温度异常电缆终端本身未出现严重损伤，需对降温装置进行检查；若λ>3.5，则表明温度异常电缆终端出现严重损伤，需要对电缆终端进行维修或者更换处理。
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