CN203191472U - 基于线型感温技术的电缆载流量分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于线型感温技术的电缆载流量分析系统。本实用新型包括服务器以及与服务器相连接的分布式线性感温系统和电缆负荷检测装置，所述分布式线性感温系统由敷设于被测电缆上的感温光缆以及与感温光缆相连接的波长可调谐激光器和光强探测器组成。本实用新型通过在电缆运行过程中增加动态时间变量建立电缆电流量、电缆外护套表面温度、电缆环境温度与电缆自身散热之间动态的对应关系，推算电缆导体温度，为保证城市电缆安全运营及合理配置输电能力提供决策依据，为负荷的科学调度提供科学依据，具有重要的意义。

Description

基于线型感温技术的电缆载流量分析系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于线型感温技术的电缆载流量分析系统。

背景技术

随着国家的发展以及伴随而来电网改造和实施，尤其是城网改造和建设的不断深入，电力电缆的使用量大幅增加，城市中心地区的地下电缆化率不断提高，这导致电力电缆的运行管理、分析维护工作变得原来越重要，工作量也与日俱增。

电缆运行时的导体温度，是确定电缆符合达到额定载流量以及是否安全运行的依据。当电缆在额定负荷下运行时，线芯温度处于允许值。电缆一旦过负荷，线芯温度将急剧上升，加速绝缘老化，甚至发生热击穿。例如，研究发现，当交联聚乙烯（XLPE）电缆的工作温度超过 允许值的8%时，其寿命将减半；如果超过15%，电缆寿命将只省下1/4。所以，必须对电缆的运行温度进行控制。但如电缆这类长距离、线型发热体，传统热电偶等温度传感技术无法完整测量沿线温度场分布，因此需要选用线型感温技术作为温度监测手段。

此外由于电缆运行的特殊性，目前只能对电缆的外护套温度数据或者绝缘屏蔽层温度数据进行测量，无法直接测量电缆的导体温度数据。通常的做法是：通过经验数据或稳态载流量下的温度对应关系，对电缆导体温度做出估算，无法精确计算电缆的实时导体温度。但是在电缆线路实际运行条件下，尤其在城市中心电网中使用时，其日负荷运行曲线的时效特性与稳态相比存在较大差别的。同时负荷的阶段性、季节性的变化均未考虑。因此，直接使用稳态载流量作为电缆线路运行管理的限制性指标是具有一定局限性的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种无盲点、无损电缆传输且安全系数高的基于线型感温技术的电缆载流量分析系统。

本实用新型采用如下技术方案：

1、一种基于线型感温技术的电缆载流量分析系统，其特征在于其包括服务器以及与服务器相连接的分布式线性感温系统和电缆负荷检测装置，所述分布式线性感温系统由敷设于被测电缆上的感温光缆以及与感温光缆相连接的波长可调谐激光器和光强探测器组成。

2、根据权利要求1所述的基于线型感温技术的电缆载流量分析系统，其特征在于所述电缆负荷检测装置为分布式分布式线性感温系统，其型号为WUTOS-DTS-4004。

3、根据权利要求1所述的基于线型感温技术的电缆载流量分析系统，其特征在于所述感温光缆为光纤感温光缆，其型号为DTS-3.3-62.5/125-2A1。

4、根据权利要求1或2所述的基于线型感温技术的电缆载流量分析系统，其特征在于所述激光器的型号为LDM5S514。

本实用新型的计算方法如下：

一、输入数值

I: 一根导体中流过的电流，其单位为A；

Δθ: 高于环境温度的导体温升，其单位为K；

R: 最高工作温度下导体单位长度的交流电阻，其单位为Ω/m；

R’: 最高工作温度下导体单位长度的直流电阻，其单位℃；Ω/m；

Wd: 导体绝缘单位长度的介质损耗，其单位为W/m；

T1: 一根导体和金属套之间单位长度热阻，其单位为K*m/W；

T2: 金属套和铠装之间内衬层单位长度热阻，其单位为K*m/W；

T3: 电缆外护层单位长度热阻，其单位为K*m/W；

T4: 电缆表面和周围介质之间单位长度热阻，其单位为K*m/W；

n: 电缆中载有负荷的导体数；

λ1: 电缆金属套损耗相对于所有导体总损耗的比率；

λ2: 电缆铠装损耗相对于所有导体总损耗的比率；

σ: 日光照射于电缆表面时的吸收系数；

H: 太阳辐射强度，取1000W/m2或当地推荐的数值，其单位为W/m2；

T*4: 考虑到日光照射时的电缆外部热阻，其单位为K*m/W；

D*e: 电缆外径，m，对于皱纹金属套D*e = （d∝+2t3）*10-3；

t3: 外护层厚度，其单位为mm；

d∝: 正好与皱纹金属套波峰相切的假想同心圆柱体的直径，其单位

mm。

υ:  干燥和潮湿土壤域热阻系数之比率，υ =ρd /ρw；

ρd: 干燥土壤的热阻系数，其单位K*m/W；

ρw: 自然土壤的热阻系数，其单位K*m/W；

θx: 土壤临界温度，即干燥与潮湿土壤之边界的温度，其单位℃；

θ0: 环境温度，其单位℃；

Δθx: 土壤临界温升，即高于环境温度的干燥与潮湿土壤之边界的温升θx -θ0

：线芯在

时的电阻, 其单位为Ω/m。

：线芯在

时的电阻, 其单位为Ω/m。

：连续负荷时线芯的最高允许工作温度, 其单位℃；

：过负荷运行时线芯的最高允许工作温度, 其单位℃；

：过负荷运行时间，其单位s；

：电缆时间常数；

：电缆额定载流量，其单位A；

1输入各种情况的计算公式：

1.1空气中不受日光照射的交流电缆;土壤避免发生局部干燥场合下的直埋交流电缆;土壤中管道敷设交流电缆如式a1所示：

（a1）

1.2空气中直接受日光照射的交流电缆如式a2所示：

（a2）

1.3土壤发生局部开燥场合下的直接埋地交流电缆如式a3所示：

（a3）

1.4空气中不受日光照射的5KV 及以下直流电缆如式a4所示：

（a4）

1.5空气中直接受日光照射时的5KV 及以下直流电缆如式a5所示：

1.6土壤发生局部开燥场合下5KV 及以下直流电缆如式a6所示：

（a6）

1.7土壤避免干燥场合下的5KV 及以下直流电缆如式a7所示：

（a7）

1.8空气中低压电线电缆如式a8所示：

（a8）

2输入电流计算公式：

分布式线性感温系统将解调出的数据，通过通信端口向服务器发报，服务器接收并解析报文，得到表面温度，配合数据库中已经储存的相关参数以及公式，服务器根据实际情况选定特定公式计算出各段电缆线芯温度，并根据这些温度，计算出整条电缆线芯导体在施加该电流值下的电缆导体温度。

本实用新型的积极效果如下：

本实用新型通过在电缆运行过程中增加动态时间变量建立电缆电流量、电缆外护套表面温度、电缆环境温度与电缆自身散热之间动态的对应关系，推算电缆导体温度，这样动态测量的方式能够无损电缆传输，分布式的对电缆进行无盲点监测。这样动态测量的方式能够无损电缆传输，分布式的对电缆进行无盲点监测。同时计算出电缆线路的实际负载率，及早发现电缆早期隐患，实现电缆缆芯温度的非接触在线诊断，全面提升电网的运行水平。同时，利用系统的历史数据及各种实时参数对电缆的故障进行分析、对危险点进行预测以及对电缆当前实际可以承受的最大载流量进行估算，为保证城市电缆安全运营及合理配置输电能力提供决策依据，为负荷的科学调度提供科学依据，具有重要的意义。

附图说明

附图1为本实用新型的原理框图。

附图2为本实用新型分布式线性感温系统的结构示意图。

附图3为本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

如附图1-2所示，本实用新型包括服务器1、分布式线性感温系统2以及电缆负荷检测装置3，所述分布式线性感温系统2由敷设于被测电缆上的感温光缆5以及与感温光缆5相连接的波长可调谐激光器4和光强探测器6组成。本实用新型将光纤光栅感温光缆沿电缆外壁连续敷设。波长可调谐激光器4输出光经光纤光栅感温光缆反射后被光强探测器6接收。当波长可调谐激光器4的波长与光纤光栅感温光缆波长重合时，此时反射强度最大，光强探测器6接收到的功率也最强。根据“可调谐激光器的波长——探测器功率”的对应关系就可以检测出传感光栅的波长信息。由光纤光栅温度灵敏度系数，即可以得到沿光纤光栅感温光缆沿线的温度场分布。

如附图3所示，本实用新型服务器1解析协议获得电缆表面温度，并依据数据库储存的各种参数进行动态载流量的计算过程。同时服务器1从电缆负荷监测装置3得到电缆实时电流数值。由此形成了完整的光纤分布式电缆载流量在线监测系统。

计算功能和计算对象的多少确定计算过程所用时间。计算对象包括以下各项：

敷设方式：空气中（是否直接受日照）、空气管道中、土壤中、土壤管道。

排列方式：单回路 — 包括三根电缆相互接触呈三角形或平面（并列与分离）排列。

多回路 — 在单回路排列的基础上成群电缆组多回路敷设。 

工作状态：包括持续负荷、应急负荷、短路电流。

输入参数：额定电压、导体材质、电缆型号、导体截面、电缆各部位几何尺寸、电缆外径等。

环境参数：敷设、排列、土壤热阻系数、埋地深度、接地方式、环境温度。

其中各种情况计算公式为：

1．空气中不受日光照射的交流电缆;土壤避免发生局部干燥场合下的直埋交流电缆;土壤中管道敷设交流电缆

2．空气中直接受日光照射的交流电缆

3．土壤发生局部开燥场合下的直接埋地交流电缆

4．空气中不受日光照射的5KV 及以下直流电缆

5．空气中直接受日光照射时的5KV 及以下直流电缆

6．土壤发生局部开燥场合下5KV 及以下直流电缆

7．  土壤避免干燥场合下的5KV 及以下直流电缆

8．  空气中低压电线电缆

式中各个量的含义：

I: 一根导体中流过的电流，A；

Δθ: 高于环境温度的导体温升，K；

注：环境温度是指敷设电缆的场合下周围介质的温度，当电缆周围有任何局部热源的影响时，其热量也不直接使电缆周围的温度上升。

R: 最高工作温度下导体单位长度的交流电阻， Ω/m；

R’: 最高工作温度下导体单位长度的直流电阻，Ω/m；

Wd: 导体绝缘单位长度的介质损耗，W/m；

T1: 一根导体和金属套之间单位长度热阻，K*m/W；

T2: 金属套和铠装之间内衬层单位长度热阻，K*m/W；

T3: 电缆外护层单位长度热阻，K*m/W；

T4: 电缆表面和周围介质之间单位长度热阻，K*m/W；

n: 电缆（等截面并截有相同负荷的导体）中载有负荷的导体数；

λ1: 电缆金属套损耗相对于所有导体总损耗的比率；

λ2: 电缆铠装损耗相对于所有导体总损耗的比率；

σ: 日光照射于电缆表面时的吸收系数；

H: 太阳辐射强度，对于大多数纬度数的地区可取1000W/m2，也可取当地推荐的数值，W/m2；

T*4: 考虑到日光照射时的电缆外部热阻，K*m/W；

D*e: 电缆外径，m，对于皱纹金属套D*e = (d∝+2t3)*10-3；

t3: 外护层厚度，mm；

d∝: 正好与皱纹金属套波峰相切的假想同心圆柱体的直径，mm。

υ:  干燥和潮湿土壤域热阻系数之比率，υ =ρd /ρw；

ρd: 干燥土壤的热阻系数，K*m/W；

ρw: 自然土壤的热阻系数，K*m/W；

θx: 土壤临界温度，即干燥与潮湿土壤之边界的温度，℃；

θ0: 环境温度，℃；

Δθx: 土壤临界温升，即高于环境温度的干燥与潮湿土壤之边界的温升θx -θ0

计算结果显示参数包括以下各项：

电缆稳态运行 — 交流电阻、电感、电容、屏蔽损耗、热阻和允许电流等。

电缆短路故障 — 导体和屏蔽短路电流、电磁力等。

短时负荷 — 电缆未满负荷运行条件下在允许工作温度和给定时间内施加电流值。 

[0032] 其中电流计算公式为：

：线芯在

时的电阻

：线芯在

时的电阻

：连续负荷时线芯的最高允许工作温度

：过负荷运行时线芯的最高允许工作温度

：过负荷运行时间

：电缆时间常数

：电缆额定载流量

通过上述参数，服务器1将进行载流量的动态计算，程序流程框如图3所示。

首先光纤感温光缆直接安装在电缆外侧，用来测量电缆各段的表面温度。

其次分布式线性感温系统将解调出的数据，通过通信端口向服务器发报，服务器接收并解析报文，得到表面温度。加之数据库中已经储存的电缆参数、敷设参数和环境参数，服务器将根据特定公式计算出各段电缆线芯温度，并根据这些温度，计算出整条电缆线芯导体在施加该电流值下的电缆导体温度。

最后服务器1通过以太网端口与服务器进行通信，获取各段电缆的线芯温度和总体线芯温度，并将这些温度数据以一定方式展现出来，当线芯温度超过设定温度时，客户端将发出报警信息。

本实用新型在电缆运行过程中增加动态时间变量建立电缆电流量、电缆外护套表面温度、电缆环境温度与电缆自身散热之间动态的对应关系，推算电缆导体温度，这样动态测量的方式能够无损电缆传输，分布式的对电缆进行无盲点分析。相较于传统方法，能更有效评估电缆的安全状况，为负荷的科学调度提供科学依据，具有重要的意义。

Claims (4)

1.一种基于线型感温技术的电缆载流量分析系统，其特征在于其包括服务器（1）以及与服务器（1）相连接的分布式线性感温系统（2）和电缆负荷检测装置（3），所述分布式线性感温系统（2）由敷设于被测电缆上的感温光缆（5）以及与感温光缆（5）相连接的波长可调谐激光器（4）和光强探测器（6）组成。

2.根据权利要求1所述的基于线型感温技术的电缆载流量分析系统，其特征在于所述电缆负荷检测装置（3）为分布式分布式线性感温系统，其型号为WUTOS-DTS-4004。

3.根据权利要求1所述的基于线型感温技术的电缆载流量分析系统，其特征在于所述感温光缆（5）为光纤感温光缆，其型号为DTS-3.3-62.5/125-2A1。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于线型感温技术的电缆载流量分析系统，其特征在于所述激光器（4）的型号为LDM5S514。

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