專利名稱：電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電纜導(dǎo)體的溫度測量技術(shù)，具體涉及測量電纜導(dǎo)體溫度的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
電力電纜導(dǎo)體載流量幅值變化的最直接特征量是導(dǎo)體溫度變化，一旦確定了電纜導(dǎo)體暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)溫度，就很容易確定電力電纜線路暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)載流量，但是直接測量電纜導(dǎo)體溫度尚存在技術(shù)困難。目前確定電纜載流量是借助于熱電偶或連續(xù)測量電力電纜線路外表面溫度，然后依據(jù)IEC標準所提供的通過電纜外表面溫度獲得導(dǎo)體溫度的方法來確定導(dǎo)體溫度，進而確定電纜載流量，該標準對導(dǎo)體穩(wěn)態(tài)溫度的確定方式是在穩(wěn)態(tài)前提下，根據(jù)電纜用于交流系統(tǒng)還是直流系統(tǒng)以及敷設(shè)方式的不同，結(jié)合電纜敷設(shè)環(huán)境，并假設(shè)電纜導(dǎo)體達到最高允許的工作溫度，運用傳熱學(xué)原理獲得電纜的導(dǎo)體溫度。對于導(dǎo)體暫態(tài)溫度，IEC標準將電纜分為35kv及以下電纜和35kv以上電纜兩類， 對它們采用不同的計算方式。對于35kv及以下電纜，標準給出了在加載周期性載荷和短時負荷時的通過電纜外表面溫度計算導(dǎo)體溫度的方法，這類電纜可忽略熱容影響。對于35kv 以上的電纜，在周期性負荷下，電纜熱容不可忽略，電纜導(dǎo)體溫度的變化分為穩(wěn)態(tài)溫升和暫態(tài)溫升兩部分的總和。穩(wěn)態(tài)溫升時導(dǎo)體溫度的計算方法與上述穩(wěn)態(tài)前提下導(dǎo)體溫度的計算方法相似。暫態(tài)溫升時導(dǎo)體溫度的計算方法是采用集中熱路思想，將電纜用集中參數(shù)的熱路表示，根據(jù)傳熱學(xué)原理獲得。但是目前IEC標準所提供的確定電纜導(dǎo)體暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)溫度的方法有以下缺陷由于該標準是基于以下假設(shè)1.大地表面為等溫面；2.電纜表面為等溫面；3.疊加原理適用。但實際上電纜周圍介質(zhì)非常復(fù)雜土壤不均勻、含水量不相同；城市供電系統(tǒng)的電纜線路，日負荷電流變化很大等。以上因素?zé)o法滿足規(guī)程假設(shè)，進而造成誤差較大。另外，該方法假設(shè)電纜為100%負荷且處在最惡劣的環(huán)境條件中，因此計算結(jié)果往往存在過大的裕度。例如交聯(lián)聚乙烯在載流量偏大6. 5 %時，容許工作溫度值超過8 %，此時電纜壽命減少一半。 若以6kv交聯(lián)聚乙烯為例，若載流量偏低12.6%，則電纜投資增加17.2%。進一步，IEC標準提供100%穩(wěn)態(tài)載流量的方法對環(huán)境狀態(tài)做出簡單，均勻的假設(shè)，其暫態(tài)方法也對日負荷曲線做出一致性假設(shè)，因此，其載流量的結(jié)果始終和許多不確定因素相關(guān)。出于這些擔(dān)憂， 目前電力部門控制的實際使用負荷通常不超過計算額定值的70% ；而另一方面，在夏季用電高峰加載大電流時，由于各種參數(shù)的不確定性而難于做出決定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電纜導(dǎo)體溫度的監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，能夠提高測量電纜導(dǎo)體溫度的準確性，進而能夠提高載流量。本發(fā)明提供的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測方法，包括步驟
監(jiān)測電纜導(dǎo)體的外護套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流；根據(jù)電纜導(dǎo)體的傳熱特性預(yù)先對將所述電纜導(dǎo)體刨分成導(dǎo)體層、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、墊層、氣隙層、鋁護套屏蔽層、外護套層；根據(jù)電纜各層材料的導(dǎo)熱性能獲得所述電纜導(dǎo)體每個層的熱阻以及所述電纜導(dǎo)體每個層產(chǎn)生的損耗；根據(jù)所述熱阻、所述損耗、所述電纜導(dǎo)體的外護套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流利用節(jié)點法獲得電纜導(dǎo)體的溫度，所述電纜導(dǎo)體的溫度包括電纜導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫度和所述電纜導(dǎo)體的暫態(tài)溫度；根據(jù)所述電纜導(dǎo)體的溫度監(jiān)測所述電纜導(dǎo)體的載流量。本發(fā)明還提供監(jiān)測電纜導(dǎo)體的線芯溫度的系統(tǒng)，包括表面溫度檢測模塊，用于檢測電纜外護套表面溫度；電流檢測模塊，用于檢測電纜導(dǎo)體的線芯電流；導(dǎo)體溫度獲取模塊，用于根據(jù)電纜各層材料的導(dǎo)熱性能獲得所述電纜導(dǎo)體每個層的熱阻以及所述電纜導(dǎo)體每個層產(chǎn)生的損耗；所述電纜導(dǎo)體刨分成導(dǎo)體層、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、墊層、氣隙層、鋁護套屏蔽層、外護套層；根據(jù)所述熱阻、所述損耗、所述電纜導(dǎo)體的外護套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流利用節(jié)點法獲得電纜導(dǎo)體的溫度，所述電纜導(dǎo)體的溫度包括電纜導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫度和所述電纜導(dǎo)體的暫態(tài)溫度；載流量監(jiān)測模塊，用于根據(jù)電纜導(dǎo)體暫態(tài)溫度和穩(wěn)態(tài)溫度監(jiān)測對當(dāng)前的載流量進行監(jiān)測。本發(fā)明通過測量導(dǎo)體表面溫度和運行電流獲得電纜導(dǎo)體實時溫度，從而實現(xiàn)電纜載流量的實時監(jiān)測。同時，能夠根據(jù)電纜導(dǎo)體溫度預(yù)測電流載流量以及提高電纜短時載流量裕度空間?？蓽蚀_評估高壓電纜的載流量，為是否更換重負荷電纜線路提供可靠依據(jù)。同時本發(fā)明提供的監(jiān)測系統(tǒng)可對運行電纜的載流能力進行監(jiān)測與評估，為調(diào)度系統(tǒng)及時可靠調(diào)度提供依據(jù)和緊急預(yù)警。本發(fā)明具有很高的經(jīng)濟效益對高壓電纜線路采用更換線路的增容策略，1條IlOkV線路的更換即高達上千萬元。本發(fā)明的研究成果，可根據(jù)實際負荷特性準確評估高壓電纜線路的實際載流量。


圖1為IlOkv的單芯電纜的剖面圖；圖2為本發(fā)明的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測方法流程圖；圖3為一個實施例中穩(wěn)態(tài)下的單芯電纜等效電路圖；圖中T1是電纜導(dǎo)體表皮溫度；T2 Τη_3是電纜絕緣層各分層溫度；Τη_2是墊層溫度；Tlri是氣隙層溫度；τη是電纜金屬屏蔽層溫度；Ttl是電纜外護套表面溫度；Ttjl-Tran是電纜外部熱源溫度氓 Rn-3是電纜絕緣層各分層和屏蔽層熱阻；Rlri是氣隙熱阻；I^n是電纜外護套熱阻；Rtjl-Rtjm是電纜外部熱源至電纜表面介質(zhì)熱阻；Q1'是電纜導(dǎo)體產(chǎn)生的損耗；Q2 Qn_3是電纜各分層介損；化是電纜金屬屏蔽損耗。圖4為一個實施例中電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測方法流程圖；圖中T1是電纜導(dǎo)體表面溫度；T2 Τη_3是電纜主絕緣各分層溫度；Τη_2是墊層溫度；Tlri是氣隙溫度；Tn是電纜金屬屏蔽層溫度；Τ。是電纜表面溫度；!^ ！》是電纜外部熱源溫度；C/是電纜導(dǎo)體熱容；C/’、C2 Cn_3是電纜主絕緣各分層熱容；Cn_2是墊層熱容；Clri 是氣隙熱容；Cn’是電纜金屬屏蔽層熱容；Cn”是電纜外護層熱容；C。是電纜外部介質(zhì)等效熱容氓 Rn_3是電纜主絕緣各分層熱阻；Rn_2是墊層熱阻；Rlri是氣隙熱阻；圖5為電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施例方式電纜載流量應(yīng)該滿足電流作用下電纜線芯工作溫度不超過電纜絕緣耐熱壽命容許溫度值，且符合導(dǎo)體可靠性要求。若載流量偏大，造成電纜線芯工作溫度超過容許值，電纜的使用壽命比期望值縮短。若載流量偏小，則線芯或鋁材就為獲得充分利用，導(dǎo)致資源浪費。本發(fā)明提出利用電纜外護套表皮溫度以及環(huán)境溫度獲得電纜導(dǎo)體溫度，進而通過電纜導(dǎo)體溫度來調(diào)節(jié)電纜載流量的大小。以IlOkv的單芯電纜為例，圖1為IlOkv的單芯電纜的剖面圖，如圖所示，根據(jù)電纜材料的傳熱特性有里向外可以將電纜劃分為導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、墊層(圖1中為繞包帶)、氣隙層、鋁護套屏蔽層(圖1中的皺紋鋁套)、外護套層。本發(fā)明根據(jù)熱學(xué)和電路的相關(guān)性，利用熱路法將電纜按照上述各層等效成電路，熱路法獲得電纜導(dǎo)體的溫度分為穩(wěn)態(tài)溫度和暫態(tài)溫度，電纜穩(wěn)態(tài)運行發(fā)熱溫升不隨時間變化，而電纜暫態(tài)運行時溫升則受時間影響，在暫態(tài)溫度分析中使用多回梯形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)電纜發(fā)熱特性及等值熱路的穩(wěn)態(tài)分析，可以通過電纜的表面溫度、環(huán)境溫度和電流值得到導(dǎo)體溫度，暫態(tài)更好分析實際運行。為了獲得穩(wěn)態(tài)下的電纜導(dǎo)體溫度，作為一個優(yōu)選實施例，為了簡化計算過程，將導(dǎo)體和導(dǎo)體屏蔽層作為一層，絕緣層和絕緣屏蔽層作為一層，因此，電纜導(dǎo)體共簡化為6層。 電纜導(dǎo)體溫度T1、電纜絕緣層(含內(nèi)、外絕緣屏蔽層)T2、墊層(含膨脹帶、繞包帶等)溫度 T3、氣隙層溫度T4、電纜金屬屏蔽層(例如圖1中的鋁護套屏蔽層)溫度T5、電纜外護套表面溫度T6，如圖2所示步驟1 檢測電纜外護套表面溫度T6 ；步驟2 根據(jù)每層材料熱阻系數(shù)(作為一個實施例，氣隙層的熱阻系數(shù)為41K · m/ W，鋁護套的熱阻系數(shù)為l/237K*m/W。)，通過以下公式獲得單芯電纜每層材料的熱阻，包括電纜絕緣層(含內(nèi)、外屏蔽層)熱阻&、墊層熱阻R3、氣隙熱阻R4、電纜外護套(含防腐層) 熱阻& (1)獲得絕緣層熱阻& 民=告1受)(公式1)公式1中ρ τ為絕緣材料熱阻系數(shù)，單位Kgm/W。d。為導(dǎo)體直徑；、為導(dǎo)體和金屬套之間的絕緣厚度；值得一提的是，作為一個實施例，對于皺紋金屬護套的、按金屬套內(nèi)直徑的平均值計算-A
5〔0036〕
權(quán)利要求
1.一種電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測方法，其特征在于，包括步驟 監(jiān)測電纜導(dǎo)體的外護套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流；根據(jù)電纜導(dǎo)體的傳熱特性預(yù)先對將所述電纜導(dǎo)體刨分成導(dǎo)體層、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、 絕緣屏蔽層、墊層、氣隙層、鋁護套屏蔽層、外護套層；根據(jù)電纜各層材料的導(dǎo)熱性能獲得所述電纜導(dǎo)體每個層的熱阻以及所述電纜導(dǎo)體每個層產(chǎn)生的損耗；根據(jù)所述熱阻、所述損耗、所述電纜導(dǎo)體的外護套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流利用節(jié)點法獲得電纜導(dǎo)體的溫度，所述電纜導(dǎo)體的溫度包括電纜導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫度和所述電纜導(dǎo)體的暫態(tài)溫度；根據(jù)所述電纜導(dǎo)體的溫度監(jiān)測所述電纜導(dǎo)體的載流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測方法，其特征在于所述導(dǎo)體層與所述導(dǎo)體屏蔽層的熱阻系數(shù)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測方法，其特征在于所述絕緣層與所述絕緣屏蔽層的熱阻系數(shù)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測方法，其特征在于 所述導(dǎo)體屏蔽層和所述導(dǎo)體層的熱阻系數(shù)相同。
5.一種監(jiān)測電纜導(dǎo)體的線芯溫度的系統(tǒng)，其特征在于，包括 表面溫度檢測模塊，用于檢測電纜外護套表面溫度；電流檢測模塊，用于檢測電纜導(dǎo)體的線芯電流；導(dǎo)體溫度獲取模塊，用于根據(jù)電纜各層材料的導(dǎo)熱性能獲得所述電纜導(dǎo)體每個層的熱阻以及所述電纜導(dǎo)體每個層產(chǎn)生的損耗；所述電纜導(dǎo)體刨分成導(dǎo)體層、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、墊層、氣隙層、鋁護套屏蔽層、外護套層；根據(jù)所述熱阻、所述損耗、所述電纜導(dǎo)體的外護套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流利用節(jié)點法獲得電纜導(dǎo)體的溫度，所述電纜導(dǎo)體的溫度包括電纜導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫度和所述電纜導(dǎo)體的暫態(tài)溫度；載流量監(jiān)測模塊，用于根據(jù)電纜導(dǎo)體暫態(tài)溫度和穩(wěn)態(tài)溫度監(jiān)測對當(dāng)前的載流量進行監(jiān)測。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)體層與所述導(dǎo)體屏蔽層的熱阻系數(shù)相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述絕緣層與所述絕緣屏蔽層的熱阻系數(shù)相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任意一項所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述導(dǎo)體屏蔽層和所述導(dǎo)體層的熱阻系數(shù)相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述電纜為單芯電纜。
全文摘要
本發(fā)明提供的電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測方法，首先監(jiān)測電纜導(dǎo)體的外護套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流；根據(jù)電纜導(dǎo)體的傳熱特性預(yù)先對將所述電纜導(dǎo)體刨分成導(dǎo)體層、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、墊層、氣隙層、鋁護套屏蔽層、外護套層；根據(jù)電纜各層材料的導(dǎo)熱性能獲得所述電纜導(dǎo)體每個層的熱阻以及所述電纜導(dǎo)體每個層產(chǎn)生的損耗；根據(jù)所述熱阻、所述損耗、所述電纜導(dǎo)體的外護套表皮溫度以及電纜導(dǎo)體的線芯電流利用節(jié)點法獲得電纜導(dǎo)體的溫度，所述電纜導(dǎo)體的溫度包括電纜導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫度和所述電纜導(dǎo)體的暫態(tài)溫度；根據(jù)所述電纜導(dǎo)體的溫度監(jiān)測所述電纜導(dǎo)體的載流量。本發(fā)明還提供了電纜導(dǎo)體載流量的監(jiān)測裝置，通過本發(fā)明能否實時監(jiān)測電纜導(dǎo)體溫度。
文檔編號G01K13/00GK102323496SQ201110143549
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者劉剛, 劉毅剛, 許宇翔, 雷成華, 雷鳴 申請人:華南理工大學(xué), 廣東電網(wǎng)公司廣州供電局