CN111707888A - 一种电缆导体温度、载流量及耐受时间动态预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆导体温度、载流量及耐受时间动态预测方法，通过历史温度和电流信息对影响电力电缆热平衡分布的综合因素参数进行拟合，通过迭代算法推导出不同时刻的导线温度、实时载流量以及耐受时间。本发明通过环境温度、电缆导体温度和电缆导体负荷电流的历史曲线和设定的时间步长Δt，获取当前状态和时刻下的前面5组对应时刻时的上述参数值。代入热平衡方程进行对影响电缆吸热和散热的参数进行求解，根据新的参数对热平衡方程进行修正。根据修正后的方程、电流计划方案和迭代算法能够对电缆导体温度、载流量和耐受时间进行预测，由于修正方程能够根据当前电缆吸热和散热状态进行实时修正，预测准确度高。

Description

一种电缆导体温度、载流量及耐受时间动态预测方法

技术领域

本发明涉及电缆监测技术领域，尤其涉及一种电缆导体温度、载流量及耐受时间动态预测方法。

背景技术

光纤传感的本质是利用光在光纤中的传输特性，光纤中入射光的强度、相位、频率、波长、偏振态等特征量对外界被测参量(如温度、应力、应变、振动等)非常敏感，当外部参量发生变化时光束成为被调制的光，再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数，沿光纤长度方向实现长距离、大范围、高精度连续的测量。光纤既是传感介质又是传输介质，因此传感部分结构简单，使用方便，运行稳定可靠，性价比高。根据这些技术特征和最近几年的实践，分布式光纤测温技术已被证实是目前在线负荷监测的最佳手段，并且其输出的数据为运行优化提供了有力的支持。运行优化根据实际负荷和整个系统反馈的状态信息，实现对额定电流的闭环控制，达到同时提高电缆的负荷安全水平和资产利用率的目的。

电力电缆的载流量是指在规定条件下，其所连续承载的最大电流，电缆在这个电流下的运行温度不应超过绝缘材料所能承受的最高允许温度。电力电缆的载流量是在电缆运行中受敷设方式、绝缘材料、运行条件和周围环境条件等因素影响的重要动态参数。随着城市的发展和地下资源的紧张，直埋敷设及排管敷设的情况越来广泛，导致电缆敷设的密集程度也越来越高，电力电缆的运行的环境也变得更加复杂，电力电缆的载流量的不确定性越来越大。

对于确定的导线，其载流量主要受当前环境条件下的运行温度的限制。导线的温度变化由吸热、散热情况综合决定，吸热方面主要包括日照吸热、电流焦耳热等，散热方面主要包括空气对流散热、辐射散热。相应地导线温升的影响因素包括了载流、日照、外部其他热源，导线降温的影响因素包括了风速、风向、辐射、环境温度。所以需要综合考虑多方面的因素，准确计算各种复杂条件下电缆的载流量，对确保电缆的安全、经济运行及短期扩容都具有重要的意义。

长期运行的电缆在电流热效应的作用下，会引起电缆导体及周围介质发热，电缆的绝缘介质具有良好的耐热特性，正常运行情况下的温度不会引起绝缘损伤，但在接头或是终端部位，介质不均匀会引发局部温度升高，超过绝缘的耐热温度后，长期运行就会引起电缆的热老化，最终导致电缆击穿。电力电缆等配网设备经常处在重载、高温、高湿等极端情况下，更容易引起电缆的老化，因此急需一种能够准确可靠的计算各种复杂条件下电缆温度和载流量的装置。

额定载流量是为防止线路负荷增加时产生热故障而制定的静态最大允许负荷值。目前国际与国内电力电缆稳态载流量的计算方法主要分为两种：一种是根据IEC 60287系列标准将电缆模型转换为等值热路模型求解的方法，并结合试验测量能够给出可靠的解析解或工程计算方法，此方法计算结果的确定性高，在工程中应用广泛；另一种是依据数值传热学的原理，将有限差分、有限元、有限边界等数值计算方法应用于电缆温度场的求解，进而通过迭代计算确定电缆的载流量。由于电缆实际敷设方式及敷设深度并不相同，外界环境也随时间、季节而变化，因此采用IEC 60287标准计算或以实验测定的方式很难准确、实时地确定各种运行环境下电缆的实际载流量。数值计算方法较为复杂，特别当涉及多维空间传热问题时，通常只有采用数值解法才能获得较准确的解。数值解析法由于建立用于数值计算的电缆模型比较复杂、编制数值算法程序的工作量大和计算所用的时间较长，目前应用数值算法进行电缆载流量计算的效率要低于IEC 60287标准，无法满足电力电缆运行状态监测的实际应用需求。

电力电缆动态载流量是在不突破技术规程的条件下，对导线的状态(导线温度、张力和弧垂等)和气象条件(风速、日照、环境温度等)进行监测，根据数学模型计算出导线当前状态下的允许载流量。目前国内外主要根据实时测得的负荷电流和温度、湿度等气象数据，运用IEEE 738-2006标准或Morgan公式来计算电力电缆的动态载流量。假定输电线路周围的环境恒定不变，在规定的导线最高允许温度下，通过导线的吸、散热平衡方程求得当前状态下的许用负荷。热平衡公式中使用的参数是定值且较为保守，与实际运行场景不符，计算的动态载流量波动太大，实际应用性不高。

当电缆因故障导致潮流发生移动，或者负荷剧烈变化时，将导致电力电缆的载流发生突变，导线产生的焦耳热和吸收外部热源(日照、相邻电缆发热等)的总量，与此时线路辐射散热和对流散热(强迫对流和自然对流)的总量不等，导线与相邻空气存在热量交换，导线温度改变迅速，导线处于暂态热平衡状态。在暂态热平衡状态下，导线温度的变化最主要由电缆中电流的突变产生的焦耳热以及电缆导体温度与环境差别大时的辐射散热决定。由于导线的热时间常数较小，可假设在短时间内电力电缆周围环境参数不发生改变，通过外接电流环等方法可以获取电力电缆的初始电流和突变后的电流。

发明内容

为了充分利用现有电力电缆的输电能力，提高动态载流量的预测精度，对时变气象环境下电力电缆的载流能力影响因素研究，根据天气预报系统与实际气象环境参数的误差，提出一种电缆导体温度、载流量和耐受时间动态预测方法，对电缆吸、散热平衡方程中的环境和电缆结构的综合影响参数进行实时拟合修正，将修正后的参数带入热平衡方程，根据热平衡方程中“负荷电流-温度-耐受时间”内在关联关系，能够根据计划的电流和时间分析负荷突变后线路的温度越限量或者计算出将温度控制在容许温度内需要调节的电流数值，给出需要减负荷量或切负荷的时间，能够为优化调度计划提供可行的支撑。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于分布式光纤的电缆导体温度预测方法，包括：

(1)获取当前时刻前的5组时间间隔为Δt对应的参数，参数包括：环境温度T_a、电缆导体温度T以及流经电缆电流I，代入热平衡方程求解，获得各项系数：

其中θ₁(t)为外部热源吸热相关系数；θ₂(t)为电力电缆的发热系数；θ₃(t)为对流散热系数；θ₄(t)为辐射散热系数；将求得的系数带入热平衡方程，实现了根据当前的状态对热平衡方程的修正；

(2)将求解的热平衡方程转换成求温度变化的形式：

ΔT＝{θ₁(t)+θ₂(t)I²+θ₃(t)(T-T_a)+θ₄(t)[(T+237)⁴-(T_a+237)⁴]}·Δt

将计划方案中电流和时间t代入温度变化形式的热平衡方程计算时间间隔Δt对应的温度的变化量ΔT；

(3)迭代计算T(i)＝T(i-1)+ΔT，i表示迭代次数，T(i)表示第i次迭代计算的电缆导体温度；判断如果ΔT或t满足阈值要求，则输出T(i)作为预测的电缆导体温度；否则将T赋值为T(i)返回步骤(2)。

进一步地，ΔT≤0.1℃为满足阈值要求。

进一步地，步骤(3)还包括绘制T(i)随时间的变化曲线作为电缆导体的暂态温升曲线。

本发明另一方面提供一种基于分布式光纤的电缆导体载流量预测方法，包括：

(1)获取当前时刻前的5组时间间隔为Δt对应的参数，参数包括：环境温度T_a、电缆导体温度T以及流经电缆电流I，代入热平衡方程求解，获得各项系数：

其中θ₁(t)为外部热源吸热相关系数；θ₂(t)为电力电缆的发热系数；θ₃(t)为对流散热系数；θ₄(t)为辐射散热系数；将求得的系数带入热平衡方程，实现了根据当前的状态对热平衡方程的修正。

(2)根据计划方案中温度T和时间t以及求解的热平衡方程，计算预测最大载流量I_max：

T_max为输电导线允许最大温度限定值；

(3)根据计算的动态载流量I_max和电缆中的实时电流值I，计算电缆的动态载流裕度ΔI＝I_max-I；当ΔI＜0时输出相应的告警信息。

本发明第三方面提供一种基于分布式光纤的电缆导体耐受时间的预测方法，包括：

(1)获取当前时刻前的5组时间间隔为Δt对应的参数，参数包括：环境温度T_a、电缆导体温度T以及流经电缆电流I，代入热平衡方程求解，获得各项系数：

其中θ₁(t)为外部热源吸热相关系数；θ₂(t)为电力电缆的发热系数；θ₃(t)为对流散热系数；θ₄(t)为辐射散热系数；将求得的系数带入热平衡方程，实现了根据当前的状态对热平衡方程的修正。

(2)将求解后的热平衡方程转换成求时间变化的形式：

将计划方案中温度T、电流I、电流突变ΔI代入求解后的热平衡方程，计算耐受时间t；

(3)迭代计算t(j)＝t(j-1)+Δt，i表示迭代次数，t(j)表示第j次迭代计算的耐受时间；判断T是否到达输电导线允许最大温度限定值T_max，如果到达则输出耐受时间t(j)；否则将t赋值为t(j)返回步骤(2)。

进一步地，电缆导体温度T为分布式光纤对电力电缆上的温度最高点的温度。

进一步地，温度最高点为接头处或终端部位。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明通过环境温度、电缆导体温度和电缆导体负荷电流的历史曲线和设定的时间步长Δt，获取当前状态和时刻下的前面5组对应时刻时的上述参数值。代入热平衡方程进行对影响电缆吸热和散热的参数进行求解，根据新的参数对热平衡方程进行修正。根据修正后的方程、电流计划方案和迭代算法能够对电缆导体温度、载流量和耐受时间进行预测，由于修正方程能够根据当前电缆吸热和散热状态进行实时修正，预测准确度高。

附图说明

图1是自动修正参数结构示意图；

图2电力电缆的热平衡示意图；

图3为预测流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

一、标准热平衡方程

导线的温度决定于其载流值和周围环境气象条件(风速、风向、外部热源、环境温度)，其中导体通过的电流引起的焦耳热以及吸收外部热源辐射的热量促使导体温度升高的主要因素，对导体温度起冷却作用的主要因素是风力产生的对流散热，以及导体温度与周围环境温度的温差而产生的辐射散热，电力电缆的热平衡如图2所示。导线的运行温度是随着电缆实时载流值和周围气象环境条件(风速、风向、外部热源、环境温度)的改变而不断变化的，综合考虑上述影响因素建立电缆导体的动态热平衡方程，其中IEEE的标准热平衡方程如下：

式中，m是单位长度导线的质量，kg/m；C是导线的比热容，J/kg℃；Tc是导线温度，℃；q_s、q_J、q_c、q_r分别是单位长度导线的日照吸热功率、焦耳热功率、对流散热功率、辐射散热功率，W/m。

对上式中的q_s、q_J、q_c和q_r的计算公式，说明如下：

①吸收外部热源的功率

当外部热源为太阳辐射时，相应的热源的功率计算方法为：单位长度的导体获得的外部热源发热功率q_s与导线的吸热系数α，导体的外径D₀(m)，导线所处地区海拔高度上的太阳辐射功率密度Qs(W/m²)以及太阳光入射方向与导线走向之间的夹角θ_s(rad)成正比，可由下式计算得到：

q_s＝αD₀Q_ssinθ_s

式中，α为导体表面吸热系数，其值为0.23～0.91。

太阳光入射方向与导线走向之间的夹角为θs：

θ_s＝arccos[cosH_ccos(Z_c-Z_l)]

式中，Hc为太阳高度角；Z_c为太阳方位角；Z_l为导线的方位角。

太阳高度Hc角为：

Hc＝arcsin[cos(Lat)cosδcosω+sin(Lat)sinδ]

式中，ω为时角，中午12点为0度，每小时相差15度；Lat为地理维度；δ为太阳赤维角，其函数关系为：

δ＝23.4583sin[360°(284+n)/365]

式中，n为天数，

太阳方位角为

Zc＝C+arctanχ

式中，C为时角的函数，

χ＝sinω/(sin(Lat)cosω-cos(Lat)tanδ)

当电缆敷设在管廊内部时，管廊中的外部热源为其他导线的热辐射或热力管道等，根据傅里叶传热定律可知，相应的热源功率公式为：

其中，L为与外部热源的间距，α为导体表面吸热系数，其值为0.23～0.91，Qs为外部热源辐射功率密度。

②焦耳热功率q_J

焦耳热由流过导体的电流决定，：

q_J＝I²R(T_c)

其中I为电流值，A；R(Tc)为导线温度为Tc时单位长度的交流电阻值Ω/m；可以通过直流电阻值获得：

R(T_c)＝R_d(1+k)＝R(20)[1+α₂₀(T_c-20)](1+k)

式中，Rd为线路温度Tc时对应的直流电阻，Ω/m；R(20)为导线在温度20℃时的交流电阻，Ω/m；α₂₀为导线在20℃时材料的温度系数，铝材料取值为0.00403；k为集肤效应系数，导线的界面小于或等于400m²时，k取值0.0025，大于400m²时，k取值0.01。

③对流散热功率q_c

对流散热是热损耗的最主要因素，与风速、风向、环境温度、导线温度、辐射温度有关。对流散热是由于导线周围受热不均的气体流动带走热量引起。由于流动起因的不同，对流换热可分为强制对流换热与自然对流换热两大类。无风时，空气在重力作用下形成自然对流。有风时，空气湍动程度大，为强迫对流。

强迫对流散热功率计算公式如下：

q_cf＝πλ_f(T_c-T_a)Nu_δwK_angle

其中，λ_f是空气导热系数；Tc为导线表面温度，℃；Ta为环境温度，℃；Nu_δw是风向角为δw时的努塞尔数；K_angle为风向修正系数。具体表达式如下：

λ_f＝2.42×10^-2+7.2×10^-5T_f

T_f＝0.5(T_a+T_c)

K_angle＝1.194-cos(φ)+0.194cos(2φ)+0.368sin(2φ)

N_uδw＝0.754(D₀ρ_fV_δw/v)^0.6

v＝1.32×10^-5+9.5×10^-8T_f

式中，V_δw为方向角为δw时的风速，单位为m/s；ρ_f为空气密度，kg/m³；v为空气的动态粘度kg/(m·s)；He为导线的海拔高度，m。

自然对流散热功率计算公式：

q_cn＝3.645ρ_f ^0.5D₀ ^0.75(Tc-Ta)^1.25

导线最终的对流散热取q_cn和q_cf的最大值为其对流散热功率，即：

q_c＝max{q_cn,q_cf}

④辐射散热功率

辐射散热与环境温度、导线温度以及线路自身特性(如，排列方式、分裂数、导线直径)等参数相关。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，导线辐射散热功率为：

q_r＝πD₀σ_Bε[(T_c+237)⁴-(Ta+237)⁴]

式中，ε是导线表面的辐射系数，它取决于导线金属的型号以及金属老化和氧化的程度：光亮导线为0.23～0.43，漆黑色防腐剂的导线或者旧线为0.90～0.95；σ_B为斯特藩-玻尔兹曼常数，σ_B＝5.67*10^-8。

二、环境参数的拟合修正

由于q_J、q_c、q_r、q_s的计算公式涉及参数较多，且部分参数在一定范围内取值不确定性较大，计算过程相当复杂，当电缆的结构参数、敷设状态或环境参数发生变化时，需要重新修改参数才能进行计算。另外电缆的参数以及电缆的敷设状态越来越复杂，电缆所处的周围的环境参数随时间逐渐变化，因此用恒定的公式对热平衡方程的计算与实际情况会有偏差。根据热平衡方程可知，电缆的历史负荷和温度数据中含有导线与周围环境之间的吸热和散热信息，在暂态热平衡状态下，导线温度的变化最主要是由于线路电流的突变，且导线的热时间常数较小，因此可假设导线的环境参数暂时不发生改变。通过不同时刻的电流和温度信息，根据热平衡方程拟合出相应的参数，然后获得修正的热平衡方程，具体的步骤如下：

当时间较短时对热平衡方程进行简化，只考虑温度和电流参数对吸热、散热的影响因素系数，并通过实时负荷采样值和导体温度值对影响因素的综合系数(包含电缆的结构和材料的属性参数、敷设状态、单位长度电缆的热容和质量、外部环境等)进行拟合。

令电力电缆的状态参数与环境引起的散热、吸热等因素组成的综合系数向量为S(t)＝[θ₁(t),θ₂(t),θ₃(t),θ₄(t)]^T，其中θ₁(t)为外部热源吸热相关系数；θ₂(t)为电力电缆的发热系数；θ₃(t)为对流散热系数；θ₄(t)为辐射散热系数；T为电缆导体的温度；T_a为环境温度。理论上，若能测得输电线路温度瓶颈点的实时运行导线温度轨迹T₁,T₂,...,T_k，则当k≥5时，就能解出方程的一组系数向量S(t)，就能够实现在线修正热平衡方程，达到动态修正的目的。

通过分布式光纤测温设备对整条输电电缆周围环境温度的连续测量，可以获得输电电缆周围环境温度T_a，根据公式(2)由测得的环境温度计算出导线温度T_i，导线温度随时间变化的序列：T₁,T₂,…,T_k，将温度信息代入热平衡公式中，由于只有4个未知参数个数，因此连续采样5次就能确定方程的系数，由于每个时刻的温度值不相关，因此结果相互独立，可以解出一组电力电缆的状态参数系数向量，S_k＝[θ_1,k,θ_2,k,θ_3,k,θ_4,k]^T。

将采样值带入热平衡公式中得到：

式中，Δt为采样周期。

三、最大载流量预测

当已知当前一组系数向量S_k和初始温度T_k，在之后的一段时间内，最大载流量可以按照下式来计算得到。

式中，T_max为输电导线允许最大温度限定值。

取连续的4个采样周期的温度变化均值为：

四、温度预测：

当电缆的负荷急剧发生变化时，部分线路将处于重载或过载的工作状态，运行可靠性降低，需要进行动态温升的计算。当导线的负荷发生剧烈变化时，导致导线的电流发生急剧突变，导线产生的焦耳热和吸收外部热源能量的总量，与此线路辐射散热和对流散热(强迫对流和自然对流)的总量不等，导致导线与相邻空气存在热量交换，导线温度改变迅速，导线处于暂态热平衡状态，稳态温度估算将不再适用。在暂态热平衡状态下，导线的初始电流、突变后的电流和环境温度等参数已知，此时导线温度变化最主要是由于线路电流的突变和温度的突变，导线的热时间常数较小，假设导线的外部环境等参数在较短的时间范围内不发生改变，因此可以利用暂态热平衡方程对温度进行计算。

将电缆暂态热平衡公式化成一阶差分方程：

ΔT＝{θ₁(t)+θ₂(t)I²+θ₃(t)(T-T_a)+θ₄(t)[(T+237)⁴-(T_a+237)⁴]}×Δt (4)

则在时间间隔Δt之后，导线的运行温度为：

T(i)＝T(i-1)+ΔT (5)

其中，T(i)表示第i步计算的导线温度，T(i-1)表示第i步之前的导线温度。

外部热源引起导线吸热量与本线路的运行温度无关，因此其值与电流突变之前一致，而焦耳热功率q_J、对流散热功率q_c、辐射散热功率q_r与线路的运行温度有关，需要利用每次迭代之后的温度进行重新计算。

假定电缆在电流突变之前处于热平衡，电缆导体暂态温升具体计算流程如下：计算导体温升首先利用导体实时电流、环境参数等变量用来计算负荷急剧变化之前导体的初始温度，然后利用公式(3)，与电缆突变后的电流，选择合适的Δt计算导体温度的变化量ΔTc，并叠加导体的初始温度，形成下一个迭代过程的初始温度。直至导体的温度变化量趋于稳定(小于0.1℃)或者达到电流计划的时间才退出循环，结束迭代过程，就能够得到导体的暂态温升曲线。

五、耐受时间的预测

根据拟合得到热平衡方程计算温度的变化量ΔT对应的时间间隔Δt；

迭代计算t(j)＝t(j-1)+Δt，i表示迭代次数，t(j)表示第j次迭代计算的耐受时间。

档T到达输电导线允许最大温度限定值T_max，对应的时间为耐受时间。

六、预测流程

(1)结合图1，根据环境温度Ta(i)、电缆导体温度T(i)和电缆导体负荷电流I(i)的历史曲线和设定的时间步长Δt。获取当前时刻前的5组参数包括：环境温度T_a(j)、电缆导体温度T(j)以及流经电缆电流I(j)，j为组数，代入热平衡方程求解，获得各项系数：

其中θ₁(t)为外部热源吸热相关系数；θ₂(t)为电力电缆的发热系数；θ₃(t)为对流散热系数；θ₄(t)为辐射散热系数。

根据热平衡方程预测导体温度、载流量和耐受时间，三者不分先后，根据不同的计划方案对不同的参量进行计算，具体的计算流程图如图3。

进行导体温度预测包括：

(2)将求解的热平衡方程转换成求温度变化的形式：

ΔT＝{θ₁(t)+θ₂(t)I²+θ₃(t)(T-T_a)+θ₄(t)[(T+237)4-(T_a+237)⁴]}·Δt

将计划方案中电流和时间t代入温度变化形式的热平衡方程计算时间间隔Δt对应的温度的变化量ΔT；(3)迭代计算T(i)＝T(i-1)+ΔT，i表示迭代次数，T(i)表示第i次迭代计算的电缆导体温度；判断如果ΔT或t满足阈值要求，则输出T(i)作为预测的电缆导体温度；否则将T赋值为T(i)返回步骤(2)。

步骤(4)绘制T(i)随时间的变化曲线作为电缆导体的暂态温升曲线。

进行电缆导体载流量预测包括：

(2’)根据计划方案中温度T和时间t以及求解的热平衡方程，计算预测最大载流量I_max

T_max为输电导线允许最大温度限定值。

(3’)根据计算的动态载流量I_max和电缆中的实时电流值I，计算电缆的动态载流裕度ΔI＝I_max-I；当ΔI＜0时输出相应的告警信息。

进行电缆导体耐受时间包括：

(2”)将求解后的热平衡方程转换成求时间变化的形式：

将计划方案中温度T、电流I、电流突变ΔI代入求解后的热平衡方程，计算耐受时间t；

(3”)迭代计算t(j)＝t(j-1)+Δt，i表示迭代次数，t(j)表示第j次迭代计算的耐受时间；判断T是否到达输电导线允许最大温度限定值T_max，如果到达则输出耐受时间t(j)；否则将t赋值为t(j)返回步骤(2”)。

电缆的载流量由整条电缆的最大温度决定，电缆的绝缘材料(交联聚乙烯)耐受温度90℃，当所有条件相同时，温度最高点最先达到90℃。温度最高点通常为接头处或终端部位。

本发明提出了一种电缆导体温度、载流量及耐受时间动态预测方法，本发明涉及一种电缆导体温度、载流量及耐受时间动态预测方法，利用分布式光纤测温装置获取电力电缆表皮和周围环境温度，利用电流环获取电缆的负荷，由于电缆的历史负荷和温度曲线中含有电缆的吸热和散热信息，可以通过历史温度和电流信息对影响电力电缆热平衡分布的综合因素参数进行拟合，通过迭代算法推导出不同时刻的导线温度、实时载流量以及耐受时间。本发明通过环境温度、电缆导体温度和电缆导体负荷电流的历史曲线和设定的时间步长Δt，获取当前状态和时刻下的前面5组对应时刻时的上述参数值。代入热平衡方程进行对影响电缆吸热和散热的参数进行求解，根据新的参数对热平衡方程进行修正。根据修正后的方程、电流计划方案和迭代算法能够对电缆导体温度、载流量和耐受时间进行预测，由于修正方程能够根据当前电缆吸热和散热状态进行实时修正，预测准确度高。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种基于分布式光纤的电缆导体温度预测方法，其特征在于，包括：

(1)获取当前时刻前的5组时间间隔为Δt对应的参数，参数包括：环境温度T_a、电缆导体温度T以及流经电缆电流I，代入热平衡方程求解，获得各项系数：

其中θ₁(t)为外部热源吸热相关系数；θ₂(t)为电力电缆的发热系数；θ₃(t)为对流散热系数；θ₄(t)为辐射散热系数；将求得的系数带入热平衡方程，实现了根据当前的状态对热平衡方程的修正；

(2)将求解的热平衡方程转换成求温度变化的形式：

ΔT＝{θ₁(t)+θ₂(t)I²+θ₃(t)(T-T_a)+θ₄(t)[(T+237)⁴-(T_a+237)⁴]}·Δt

将计划方案中电流和时间t代入温度变化形式的热平衡方程，计算时间间隔Δt对应的温度的变化量ΔT；

(3)迭代计算T(i)＝T(i-1)+ΔT，i表示迭代次数，T(i)表示第i次迭代计算的电缆导体温度；判断如果ΔT或t满足阈值要求，则输出T(i)作为预测的电缆导体温度；否则将T赋值为T(i)返回步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的电缆导体温度预测方法，其特征在于，ΔT≤0.1℃为满足阈值要求。

3.根据权利要求1或2所述的基于分布式光纤的电缆导体温度预测方法，其特征在于，步骤(3)还包括绘制T(i)随时间的变化曲线作为电缆导体的暂态温升曲线。

4.一种基于分布式光纤的电缆导体载流量预测方法，其特征在于，包括：

(1)获取当前时刻前的5组时间间隔为Δt对应的参数，参数包括：环境温度T_a、电缆导体温度T以及流经电缆电流I，代入热平衡方程求解，获得各项系数：

其中θ₁(t)为外部热源吸热相关系数；θ₂(t)为电力电缆的发热系数；θ₃(t)为对流散热系数；θ₄(t)为辐射散热系数；将求得的系数带入热平衡方程，实现了根据当前的状态对热平衡方程的修正；

(2)根据计划方案中温度T和时间t以及求解的热平衡方程，计算预测最大载流量I_max：

T_max为输电导线允许最大温度限定值；

(3)根据计算的动态载流量I_max和电缆中的实时电流值I，计算电缆的动态载流裕度ΔI＝I_max-I；当ΔI＜0时输出相应的告警信息。

5.一种基于分布式光纤的电缆导体耐受时间的预测方法，其特征在于，包括：

(1)获取当前时刻前的5组时间间隔为Δt对应的参数，参数包括：环境温度T_a、电缆导体温度T以及流经电缆电流I，代入热平衡方程求解，获得各项系数：

其中θ₁(t)为外部热源吸热相关系数；θ₂(t)为电力电缆的发热系数；θ₃(t)为对流散热系数；θ₄(t)为辐射散热系数；将求得的系数带入热平衡方程，实现了根据当前的状态对热平衡方程的修正；

(2)将求解后的热平衡方程转换成求时间变化的形式：

将计划方案中温度T、电流I、电流突变ΔI代入求解后的热平衡方程，计算耐受时间t；

(3)迭代计算t(j)＝t(j-1)+Δt，i表示迭代次数，t(j)表示第j次迭代计算的耐受时间；判断T是否到达输电导线允许最大温度限定值T_max，如果到达则输出耐受时间t(j)；否则将t赋值为t(j)返回步骤(2)。

6.根据权利要求1、4或5所述的方法，其特征在于，

5组时间间隔为Δt对应的参数的获取包括：根据环境温度Ta、电缆导体温度T和电缆导体负荷电流I的历史曲线和时间步长Δt，获取环境温度Ta、电缆导体温度T和电缆导体负荷电流I的同步采样发生时刻，在所述同步采样发生时刻采集5组所述参数。

7.根据权利要求1、4或5所述的方法，其特征在于，电缆导体温度T为分布式光纤对电力电缆上的温度最高点的温度。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，温度最高点为接头处或终端部位。

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