CN113933643B - 一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法，包括如下步骤：S1、选择所需高压短电缆≯1.6 m；S2、去除电缆两端的绝缘及保护层，使端部一部分电缆导体完全裸露；S3、在电缆两端裸露的电缆导体上分别安装1个加热器；S4、在靠近电缆两端的电缆导体处分别安装1个温度传感器，同时在电缆中部安装1个导体温度传感器；S5、编辑控制程序及软件；S6、将短电缆连接于电流设备，启动试验设备，监测3个温度传感器，程序控制两端加热器使得高压电缆两端温度跟随中间，使短电缆在轴向上不存在明显温差。由热路模型的等效可知，此时短电缆在温度分布上与无限长电缆具有同样的特征，该短高压电缆可以代替长高压电缆进行试验。本发明方法能以较短的电缆实现无限长电缆的载流温升试验，节约了试验空间和试验成本，增强了试验的可操作性。
Description
技术领域
本发明涉及高压电缆试验测量领域，包括电缆的导体温度计算、载流量试验、预鉴定试验、电缆长期老化试验、电缆状态监测等。
背景技术
电能的需求量越来越大是人类社会发展的必然趋势。电缆是电能传输的载体，在电能传输过程中，如果选择的电缆参数与需要传输的载流量不匹配，可能导致两种结果：一是传输电能小于电缆本体负荷能力，导致资源浪费；二是传输电能大于电缆本体负荷能力，轻则造成电缆线损率加大，重则导致电缆毁坏。电缆运行状态监控是近几年来用于检测电缆是否处于安全运行状态的一种手段，现行通常方法是通过检测电缆表皮温度和通过的电缆电流从而确定电缆导体温度是否超出允许的工作温度范围。
由已知负荷和电缆表面温度，通过软件计算得出导体的实时温度，经过理论与经验值的比较分析掌握电缆实际可承受负载的大小，这对扩充电缆的负载能力，合理有效分配电力资源有重要意义。
因此，电缆载流量研究的科研人员大部分都要进行电缆载流温升试验，测量电缆的实际温度分布，用于理论和仿真的对比验证。载流温升试验一般假设被试电缆无限长，且电缆外部环境在电缆轴向范围内一致，电缆不存在轴向温度梯度。因此电缆的热场可认为是垂直于电缆轴向的二维温度场。显然，在试验中无法提供运行线路中的电缆长度，为了尽可能削弱端部散热对试验的影响，科研人员一般选择几十米长的电缆并在其中部进行试验。这种方法虽然能达到模拟运行中电缆的目的，但是需要很大的试验场地，电缆样本成本也较高，一般的科研单位无法满足如此苛刻的试验条件，尤其是提供较大的试验场地。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法，可以用一根较短的高压电缆模拟现实中无限长的电缆，节约试验空间和试验成本，增强试验的可操作性。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法，包括以下步骤：
S1、选择所需高压电缆长度≯1.6 m；
S2、去除电缆两端的绝缘和保护层，使端部一部分电缆导体完全裸露；
S201通过一些处理使电缆导体以外切面平整，并封堵隔热材料；
S202使用砂纸打磨电缆导体，去除导体表面的氧化膜；
S3、在电缆两端裸露的电缆导体上安装加热器并连接加热器电源；
S301加热器装在电缆绝缘截面两端处，不与电缆绝缘接触，也不能距离太远；
S302注意加热器的导线不要碰到电缆本体；
S4、在靠近电缆两端的电缆导体处分别安装1个温度传感器，同时在电缆中部安装1个温度传感器，均测量导体温度，该步骤具体为：
S401、在确定需要装温度传感器的位置打孔，孔深至电缆导体；
S402、插入温度传感器；
S403、在孔的空隙位置均匀填充环氧泥；
S404、用PVC带固定温度传感器；
S5、编辑计算、控制程序，程序实现功能：
S501、将两端温度传感器测量温度与中间温度传感器测量温度进行比较，求取实时温差，同时求取两侧发热器发热功率。通过控制两端发热器加热功率，使电缆导体两端温度与中间温度随时保持一致。
S502、控制程序根据预先设置时间电流曲线，控制可控交流电源，向电缆输出试验所需交流电流。
S6、对比无限长电缆，两者导体温度在轴向上均无明显温度梯度，在同等条件下其它各层也是同样的温度分布规律，短电缆段相当于无限长电缆中的一截，可以代替无限长电缆进行试验。
进一步地，在研究电缆热场问题时，一般可以基于以下假设：1）相对电缆半径，电缆线路长度无限大，由于对称性，可以忽略其轴向传热；2）在一般敷设条件特别是试验条件下，电缆外部环境均匀，电缆各层材料各向同性，并且中心对称。基于以上假设，电缆的热场可以从三维场简化为垂直于电缆轴向的二维场。因此，只要做到电缆导体轴向没有温度梯度，即不存在轴向传热，就可把电缆的三维热场简化为二维热场研究。这就是本发明用短段电缆可以代替无限长电缆的理论依据。
附图说明：
图1是实施例高压短电缆轴向温度补偿布置示意图；
图2 是载流试验主回路示意图；
图3 是补偿后的温度监测曲线；
图4 是补偿后两侧温度相对中间温度的绝对温差曲线；
具体实施方式：
下面结合具体实施例子对本发明作进一步的说明。其中，附图1-附图4仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
如图1和图2 所示，一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法，包括如下步骤：S1、选择所需高压电缆；S2、完整剥除电缆两端的绝缘，使一部分电缆导体完全裸露；S3、在电缆两端裸露的电缆导体上加装加热器；S4、靠近电缆端部穿过电缆绝缘在导体上装温度传感器，也在电缆中部装一个温度传感器；S5、编制控制程序；S6、启动试验设备，导入试品电缆参数，程序控制可控交流电源对电缆施加电流，并控制加热器使得电缆两边温度跟随中间。
在本实施例中，采用1.5 m长的短电缆代替长电缆进行试验。具体地，试验使用可控交流电源产生大电流模拟实际电缆中流过的电流，整套试验装置放置于室内环境中，保证电缆各处外部环境一致。室内温度可以调节，可模拟不同季节下电缆外部的环境温度。
在本实施例中，具体地：
S1、确定电缆的规格尺寸和主要技术参数，制作试验用的短电缆，该步骤具体为：
S101、确定电缆型号和尺寸，截取1.5m长的高压电缆；
S2、完整剥除电缆两端的绝缘，使一部分电缆导体完全裸露，具体操作为：
S201、按照相关电工技术要求，选择一把合适的绝缘剥除工具；
S202、剥除电缆两端长20cm的绝缘；
S203、对电缆绝缘截面进行清洁和后处理，使得电缆绝缘截面平整；
S204、在切割的电缆导体以外结构端部封堵隔热棉，防止热量经断面散失。
S205、使用砂纸小心打磨电缆导体，去除导体表面的氧化膜，同时注意不要弄散电缆内部的多股铜导线；
S3、将高压电缆连接于试验电流回路，并用电缆固定夹固定好，具体操作为：
S301、操作过程中应带手套，不要弄散电缆内部的多股铜导线；
S302、使用连接金具夹紧两端电缆导体，保证接触良好。连接金具应有足够容量，保证试验电流通过时，于电缆连接处的温度低于其他位置电缆导体温度；
S4、在电缆两端裸露的电缆导体上加装加热器，具体操作为：
S401、加热器装在离电缆绝缘截面约1cm处，不与电缆绝缘接触，也不距离太远；
S402、注意加热器的导线不要碰到电缆本体；
S403、通过程序控制加热器的通电与断电，从而控制加热功率；
S5、在短电缆端部穿过电缆绝缘在导体上安装温度传感器，也在电缆中部装一个温度传感器，具体操作为：
S501、在左右距离电缆绝缘端部1 cm的位置和电缆中间位置打孔，孔深至电缆导体，三个孔在同一直线上；
S502、垂直于电缆表面插入温度传感器；
S503、在孔的空隙位置均匀填充环氧泥；
S504、用PVC带固定温度传感器及其引线，使温度传感器的触头对电缆导体有一个压力，但避免过度压紧，导致温度传感器导线弯折；
S505、温度传感器经温度采集器连接电脑，使温度数据传送给控制程序；
S5、编制控制程序，其主要功能具体为：
S501、将两端温度传感器测量温度与中间温度传感器测量温度进行比较，求取实时温差，同时求取两侧发热功率；
S502、跟踪两端和中间的温差变化，及时调整发热功率，保证两端和中间的温度随时一致；
S6、启动试验设备，导入试品电缆参数，程序操控可控交流电源对电缆施加电流，并控制加热器使得电缆两边温度跟随中间。
在本实施例中，试验使用的高压短电缆结构尺寸如下：
结构 材料 外直径/mm 厚度/mm
导体 铜 30.0 15
绝缘 XLPE 70.0 20
绕包 阻水带 73.4 1.7
气隙 空气 80.6 3.6
铝护套 铝 84.8 2.1
外护套 HDPE 100.0 7.6
在本实施例中，给短电缆施加1000 A电流，试验温度传感器选用热电阻，每隔1分钟采集一个数据。从室温起直至稳态，持续采集三个温度传感器测量的温度，如图3所示，求取两侧温度与中间温度的温差如图4所示。
在本实施例中，由图3 和图4可以看出，在短电缆两侧加热补偿，结合温度补偿控制程序，可以实现两侧温度很好地跟随中间温度，温差可控制在±0.8 ℃以内。
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 (6)
1.一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选择所需高压短电缆，长度≯1.6m；
S2、去除电缆两端的绝缘和保护层，使端部一部分电缆导体完全裸露；
S3、在电缆两端裸露的电缆导体上分别安装1个加热器；
S4、在靠近电缆两端的电缆导体处分别安装1个温度传感器，同时在电缆中部安装1个温度传感器，均测量导体温度，该步骤具体为：
S401、在确定需要装温度传感器的位置打孔，孔深至电缆导体；
S402、插入温度传感器
S403、在孔的空隙位置均匀填充环氧泥；
S404、用PVC带固定温度传感器；
S5、编辑计算、控制程序，程序实现功能：将两端温度传感器测量温度与中间温度传感器测量温度进行比较，求取实时温差，计算两侧加热器加热功率；两侧的控制相互独立，加热功率也是分别计算；从而使得高压电缆两边温度跟随中间，短电缆端部的散热与加热器补偿的热功率相互抵消，整个短电缆达到轴向上均温的效果；
S6、将电缆连接电流设备，电流设备使用可控交流电流发生器，电流幅度范围在0～3000A范围内可选，且可连续变化；电流发生器频率在40～500Hz范围内可选；
S7、对比无限长电缆，两者导体温度在轴向上均无明显温度梯度，在同等条件下其它各层也是同样的温度分布规律，短电缆段相当于无限长电缆中的一截，可以代替无限长电缆进行试验。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法，其特征在于，步骤S2中，具体操作为，完整切开电缆绝缘，保证切口平整且不伤害到电缆导体，保证导体绞线不散开。
3.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法，其特征在于，步骤S3中，加热器装在电缆绝缘截面两端位置，不与绝缘接触，也不能距离太远；利用加热器的发热功率补偿电缆端部的散热功率，实现电缆轴向温度分布均匀。
4.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法，其特征在于，步骤S4中，中间及两端的3个温度传感器规格、测量精度和安装方法完全相同，保证补偿的准确性。
5.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法，其特征在于，步骤S5中，编制控制程序，根据电缆两端和中间导体温度偏差，控制电缆两端加热器，实时调整补偿的发热功率，使电缆导体轴向温度均匀。
6.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的短电缆代替无限长电缆试验方法，其特征在于，步骤S6中，使用可控交流电源代替传统的工频调压器和升流变压器，实现电缆中试验电流0～3000A程控调整，模拟电缆线路各种负荷曲线下的运行；根据需要，还可选择不同频率的交流电源，进行工频、3次谐波和5次谐波等电缆大电流试验。
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010122029A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 電力ケーブルの課通電試験方法 |
| CN104297575A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-01-21 | 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 | 全尺寸高压直流电缆控温梯度下pea空间电荷测量系统及方法 |
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| 高压电缆中间接头轴向传热的实验研究;林冬;张雪莹;王鹏宇;刘立夫;毛健琨;徐涛;;电线电缆;20170225(第01期);全文 * |
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