电力电缆在线测温及载流量监测的研究进展与应用

2015-09-09 12:01:30   来源:eefocus   

关键字: 电力电缆  在线测温  载流量监测

引言

       随着电网改造的实施,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度增加.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、监测维护工作变得越来越重要。而T作量也显著增加。运行温度是电缆的一个重要参数。当电缆在额定负荷下运行时,线芯温度达到允许值。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%,电缆寿命将只剩下1/4t”。所以,必须对电缆的运行温度进行控制,这就要求电力运行部门对电缆的实际负荷进行合理调度。在电力电缆的选型和敷设阶段,由于不可能对实际运行环境进行全面的考虑,通常都是根据标准环境温度进行的,这样将导致电缆在环境温度高时运行于过热状态,减少运行寿命。实际工作时为了避免出现这种情况.通过适当保留负载能力的方法来解决,但这却使得电缆的使用不经济。因此,如果能够根据实际运行状态和运行环境,实时地对电缆的负荷进行调度和调整,不仅能够保证电缆的运行安全.使其带负荷能力得到充分发挥,而且在有些情况下还可以解决电力调度中紧急状况下的电力供应问题。

      因此.无论从电力电缆自身安全运行角度,还是从电力系统调度需要的角度出发,都要求对电力电缆的负荷能力进行实时监测。这通过对电缆温度的在线监测来完成。

1相关硬件配置

1.1温度传感器或热电偶

      传统的温度监测系统是将温度传感器(如光纤布拉格光栅)或热电偶置于线路中易发生故障的地方.如电缆终端和中间接头,或电缆的局部热区,来监测这些部位的温度。这种方法投资小,操作简单,但精度较差。并且只能获得线路的局部温度旧】。

1.2红外热缘仪

      近年来,有学者提I叶J了利用红外热像仪拍摄电缆表面的热图像.从而对电缆表面温度进行测量的方法,对线芯温度进行反演计算,实现对电缆线j漆温度非接触式、实时可见的在线诊断。这种方法虽然突破了传统的接触式检测技术的局限性,但对于很长的电缆线路,尤其是复杂的地下敷设情况,并不适用。

1.3感温光纤

      如果将感温光纤沿电缆线路敷设(如图1所示),或将其绑扎在电缆外护套上,则可以监测整个线路的温度情况.从而获得整条电缆线路的温度信息。这种方法容易实现长距离大范同多点的温度测量,且测温精度高,安装使用也较为方便。但由于光纤测量的是电缆表面温度.需要在建立电缆表面温度与线芯温度对应关系的基础上,才能获得线芯温度。受环境因素影响,实时性较差,推算出来的线芯温度存在一定误差M。

电力电缆在线测温及载流量监测的研究进展与应用

 

 

 

1.4光纤传感器

      目前,厂家在生产高压/超高压电缆产品时,已将感温光纤直接安放在电缆内部,对电缆各层温度进行全线监测(见图2)。一方面,这比传统方式,即在敷设电缆的同时敷设一根感温光纤要经济得多;另一方面。由于光纤放置在电缆绝缘表面,能直接测量电缆绝缘温度,不受环境影响,实时性好,且测量精度也大大提高。

电力电缆在线测温及载流量监测的研究进展与应用
 

 

 

2软件配置

     在测得电缆的外护套表面温度或绝缘表面温度后.一项重要的工作就是要建立护套表面温度或绝缘表面温度与电缆线芯温度或载流量之间的对应关系,从而可以根据测得的温度值推算电缆线芯温度,评估实际负荷情况,了解负载裕度。并进一步对负荷进行合理调度。这涉及到电力电缆的热路和热场问题。这方面的研究已经开展了相当长一段时间.较为简单的是利用集中参数热路模型,将电缆线路简化为对应的集中参数热路后,进行计算。这种方法相对简单,计算量小,应用较为广泛,但计算误差可能稍大。通常认为,利用热场进行的数值计算能获得较为精确的结果,即利用有限元或有限差分方法,对电缆本体及周围敷设空间进行划分.并根据不同部位具有的热特性、所满足的热状态方程及边界条件,进行求解计算。例如,利用极坐标和直角坐标组合的方式,对电缆及周围环境分别划分的网格,如图3所示。

图中区域1和2为电缆控制区,而区域3为周同环境区域。这种方法目前研究较多,但运算相对复杂,且仍未有公认的有效算法。

电力电缆在线测温及载流量监测的研究进展与应用
 

    目前,电缆厂家在生产高压/超高压电力电缆时.不仅将感温光纤直接放置于电缆内部,还提供与之配套的电缆温度监测装置以及光纤测量温度与线芯温度之间的对应转换关系.这样,采集信息传入计算机后,可实时监测光纤测量的电缆绝缘表面温度以及线芯温度。这种配套软件据称在国外已有销售,但在国内还未见有应用的实例。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0909/article_13062.html
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