专利名称：电缆导体载流量的监测系统及监测方法
技术领域：
本发明涉及电缆导体的温度测量技术，具体涉及测量电缆导体温度的系统及方法。
背景技术：
电力电缆导体载流量幅值变化的最直接特征量是导体温度变化，一旦确定了电缆导体暂态和稳态温度，就很容易确定电力电缆线路暂态和稳态载流量，但是直接测量电缆导体温度尚存在技术困难。目前确定电缆载流量是借助于热电偶或连续测量电力电缆线路外表面温度，然后依据IEC标准所提供的通过电缆外表面温度获得导体温度的方法来确定导体温度，进而确定电缆载流量，该标准对导体稳态温度的确定方式是在稳态前提下，根据电缆用于交流系统还是直流系统以及敷设方式的不同，结合电缆敷设环境，并假设电缆导体达到最高允许的工作温度，运用传热学原理获得电缆的导体温度。对于导体暂态温度，IEC标准将电缆分为35kv及以下电缆和35kv以上电缆两类， 对它们采用不同的计算方式。对于35kv及以下电缆，标准给出了在加载周期性载荷和短时负荷时的通过电缆外表面温度计算导体温度的方法，这类电缆可忽略热容影响。对于35kv 以上的电缆，在周期性负荷下，电缆热容不可忽略，电缆导体温度的变化分为稳态温升和暂态温升两部分的总和。稳态温升时导体温度的计算方法与上述稳态前提下导体温度的计算方法相似。暂态温升时导体温度的计算方法是采用集中热路思想，将电缆用集中参数的热路表示，根据传热学原理获得。但是目前IEC标准所提供的确定电缆导体暂态和稳态温度的方法有以下缺陷由于该标准是基于以下假设1.大地表面为等温面；2.电缆表面为等温面；3.叠加原理适用。但实际上电缆周围介质非常复杂土壤不均勻、含水量不相同；城市供电系统的电缆线路，日负荷电流变化很大等。以上因素无法满足规程假设，进而造成误差较大。另外，该方法假设电缆为100%负荷且处在最恶劣的环境条件中，因此计算结果往往存在过大的裕度。例如交联聚乙烯在载流量偏大6. 5 %时，容许工作温度值超过8 %，此时电缆寿命减少一半。 若以6kv交联聚乙烯为例，若载流量偏低12.6%，则电缆投资增加17.2%。进一步，IEC标准提供100%稳态载流量的方法对环境状态做出简单，均勻的假设，其暂态方法也对日负荷曲线做出一致性假设，因此，其载流量的结果始终和许多不确定因素相关。出于这些担忧， 目前电力部门控制的实际使用负荷通常不超过计算额定值的70% ；而另一方面，在夏季用电高峰加载大电流时，由于各种参数的不确定性而难于做出决定。
发明内容
本发明提供一种电缆导体温度的监测系统及监测方法，能够提高测量电缆导体温度的准确性，进而能够提高载流量。本发明提供的电缆导体载流量的监测方法，包括步骤
监测电缆导体的外护套表皮温度以及电缆导体的线芯电流；根据电缆导体的传热特性预先对将所述电缆导体刨分成导体层、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、垫层、气隙层、铝护套屏蔽层、外护套层；根据电缆各层材料的导热性能获得所述电缆导体每个层的热阻以及所述电缆导体每个层产生的损耗；根据所述热阻、所述损耗、所述电缆导体的外护套表皮温度以及电缆导体的线芯电流利用节点法获得电缆导体的温度，所述电缆导体的温度包括电缆导体的稳态温度和所述电缆导体的暂态温度；根据所述电缆导体的温度监测所述电缆导体的载流量。本发明还提供监测电缆导体的线芯温度的系统，包括表面温度检测模块，用于检测电缆外护套表面温度；电流检测�？椋糜诩觳獾缋碌继宓南咝镜缌鳎坏继逦露然袢∧？椋糜诟莸缋赂鞑悴牧系牡既刃阅芑竦盟龅缋碌继迕扛霾愕娜茸枰约八龅缋碌继迕扛霾悴乃鸷模凰龅缋碌继迮俜殖傻继宀恪⒌继迤帘尾恪⒕挡�、绝缘屏蔽层、垫层、气隙层、铝护套屏蔽层、外护套层；根据所述热阻、所述损耗、所述电缆导体的外护套表皮温度以及电缆导体的线芯电流利用节点法获得电缆导体的温度，所述电缆导体的温度包括电缆导体的稳态温度和所述电缆导体的暂态温度；载流量监测模块，用于根据电缆导体暂态温度和稳态温度监测对当前的载流量进行监测。本发明通过测量导体表面温度和运行电流获得电缆导体实时温度，从而实现电缆载流量的实时监测。同时，能够根据电缆导体温度预测电流载流量以及提高电缆短时载流量裕度空间。可准确评估高压电缆的载流量，为是否更换重负荷电缆线路提供可靠依据。同时本发明提供的监测系统可对运行电缆的载流能力进行监测与评估，为调度系统及时可靠调度提供依据和紧急预警。本发明具有很高的经济效益对高压电缆线路采用更换线路的增容策略，1条IlOkV线路的更换即高达上千万元。本发明的研究成果，可根据实际负荷特性准确评估高压电缆线路的实际载流量。
图1为IlOkv的单芯电缆的剖面图；图2为本发明的电缆导体载流量的监测方法流程图；图3为一个实施例中稳态下的单芯电缆等效电路图；图中T1是电缆导体表皮温度；T2 Τη_3是电缆绝缘层各分层温度；Τη_2是垫层温度；Tlri是气隙层温度；τη是电缆金属屏蔽层温度；Ttl是电缆外护套表面温度；Ttjl-Tran是电缆外部热源温度氓 Rn-3是电缆绝缘层各分层和屏蔽层热阻；Rlri是气隙热阻；I^n是电缆外护套热阻；Rtjl-Rtjm是电缆外部热源至电缆表面介质热阻；Q1'是电缆导体产生的损耗；Q2 Qn_3是电缆各分层介损；化是电缆金属屏蔽损耗。图4为一个实施例中电缆导体载流量的监测方法流程图；图中T1是电缆导体表面温度；T2 Τη_3是电缆主绝缘各分层温度；Τη_2是垫层温度；Tlri是气隙温度；Tn是电缆金属屏蔽层温度；Τ。是电缆表面温度；!^ ！》是电缆外部热源温度；C/是电缆导体热容；C/’、C2 Cn_3是电缆主绝缘各分层热容；Cn_2是垫层热容；Clri 是气隙热容；Cn’是电缆金属屏蔽层热容；Cn”是电缆外护层热容；C。是电缆外部介质等效热容氓 Rn_3是电缆主绝缘各分层热阻；Rn_2是垫层热阻；Rlri是气隙热阻；图5为电缆导体载流量的监测系统结构原理图。
具体实施例方式电缆载流量应该满足电流作用下电缆线芯工作温度不超过电缆绝缘耐热寿命容许温度值，且符合导体可靠性要求。若载流量偏大，造成电缆线芯工作温度超过容许值，电缆的使用寿命比期望值缩短。若载流量偏�。蛳咝净蚵敛木臀竦贸浞掷茫贾伦试蠢朔选１痉⒚魈岢隼玫缋峦饣ぬ妆砥の露纫约盎肪澄露然竦玫缋碌继逦露龋ü缋碌继逦露壤吹鹘诘缋略亓髁康拇笮�。以IlOkv的单芯电缆为例，图1为IlOkv的单芯电缆的剖面图，如图所示，根据电缆材料的传热特性有里向外可以将电缆划分为导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、垫层(图1中为绕包带)、气隙层、铝护套屏蔽层(图1中的皱纹铝套)、外护套层。本发明根据热学和电路的相关性，利用热路法将电缆按照上述各层等效成电路，热路法获得电缆导体的温度分为稳态温度和暂态温度，电缆稳态运行发热温升不随时间变化，而电缆暂态运行时温升则受时间影响，在暂态温度分析中使用多回梯形网络结构，根据电缆发热特性及等值热路的稳态分析，可以通过电缆的表面温度、环境温度和电流值得到导体温度，暂态更好分析实际运行。为了获得稳态下的电缆导体温度，作为一个优选实施例，为了简化计算过程，将导体和导体屏蔽层作为一层，绝缘层和绝缘屏蔽层作为一层，因此，电缆导体共简化为6层。 电缆导体温度T1、电缆绝缘层(含内、外绝缘屏蔽层)T2、垫层(含膨胀带、绕包带等)温度 T3、气隙层温度T4、电缆金属屏蔽层(例如图1中的铝护套屏蔽层)温度T5、电缆外护套表面温度T6，如图2所示步骤1 检测电缆外护套表面温度T6 ；步骤2 根据每层材料热阻系数(作为一个实施例，气隙层的热阻系数为41K · m/ W，铝护套的热阻系数为l/237K*m/W。)，通过以下公式获得单芯电缆每层材料的热阻，包括电缆绝缘层(含内、外屏蔽层)热阻&、垫层热阻R3、气隙热阻R4、电缆外护套(含防腐层) 热阻& (1)获得绝缘层热阻& 民=告1受)(公式1)公式1中ρ τ为绝缘材料热阻系数，单位Kgm/W。d。为导体直径；、为导体和金属套之间的绝缘厚度；值得一提的是，作为一个实施例，对于皱纹金属护套的、按金属套内直径的平均值计算-A
5〔0036〕
权利要求
1.一种电缆导体载流量的监测方法，其特征在于，包括步骤 监测电缆导体的外护套表皮温度以及电缆导体的线芯电流；根据电缆导体的传热特性预先对将所述电缆导体刨分成导体层、导体屏蔽层、绝缘层、 绝缘屏蔽层、垫层、气隙层、铝护套屏蔽层、外护套层；根据电缆各层材料的导热性能获得所述电缆导体每个层的热阻以及所述电缆导体每个层产生的损耗；根据所述热阻、所述损耗、所述电缆导体的外护套表皮温度以及电缆导体的线芯电流利用节点法获得电缆导体的温度，所述电缆导体的温度包括电缆导体的稳态温度和所述电缆导体的暂态温度；根据所述电缆导体的温度监测所述电缆导体的载流量。
2.根据权利要求1所述的电缆导体载流量的监测方法，其特征在于所述导体层与所述导体屏蔽层的热阻系数相同。
3.根据权利要求1所述的电缆导体载流量的监测方法，其特征在于所述绝缘层与所述绝缘屏蔽层的热阻系数相同。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电缆导体载流量的监测方法，其特征在于 所述导体屏蔽层和所述导体层的热阻系数相同。
5.一种监测电缆导体的线芯温度的系统，其特征在于，包括 表面温度检测�？椋糜诩觳獾缋峦饣ぬ妆砻嫖露龋坏缌骷觳饽？椋糜诩觳獾缋碌继宓南咝镜缌鳎坏继逦露然袢∧？椋糜诟莸缋赂鞑悴牧系牡既刃阅芑竦盟龅缋碌继迕扛霾愕娜茸枰约八龅缋碌继迕扛霾悴乃鸷模凰龅缋碌继迮俜殖傻继宀�、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、垫层、气隙层、铝护套屏蔽层、外护套层；根据所述热阻、所述损耗、所述电缆导体的外护套表皮温度以及电缆导体的线芯电流利用节点法获得电缆导体的温度，所述电缆导体的温度包括电缆导体的稳态温度和所述电缆导体的暂态温度；载流量监测�？椋糜诟莸缋碌继逶萏露群臀忍露燃嗖舛缘鼻暗脑亓髁拷屑嗖�。
6.根据权利要求5所述的电缆导体载流量的监测系统，其特征在于所述导体层与所述导体屏蔽层的热阻系数相同。
7.根据权利要求5所述的电缆导体载流量的监测系统，其特征在于所述绝缘层与所述绝缘屏蔽层的热阻系数相同。
8.根据权利要求5至7中任意一项所述的电缆导体载流量的监测系统，其特征在于 所述导体屏蔽层和所述导体层的热阻系数相同。
9.根据权利要求8所述的电缆导体载流量的监测系统，其特征在于 所述电缆为单芯电缆。
全文摘要
本发明提供的电缆导体载流量的监测方法，首先监测电缆导体的外护套表皮温度以及电缆导体的线芯电流；根据电缆导体的传热特性预先对将所述电缆导体刨分成导体层、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、垫层、气隙层、铝护套屏蔽层、外护套层；根据电缆各层材料的导热性能获得所述电缆导体每个层的热阻以及所述电缆导体每个层产生的损耗；根据所述热阻、所述损耗、所述电缆导体的外护套表皮温度以及电缆导体的线芯电流利用节点法获得电缆导体的温度，所述电缆导体的温度包括电缆导体的稳态温度和所述电缆导体的暂态温度；根据所述电缆导体的温度监测所述电缆导体的载流量。本发明还提供了电缆导体载流量的监测装置，通过本发明能否实时监测电缆导体温度。
文档编号G01K13/00GK102323496SQ201110143549
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者刘刚, 刘毅刚, 许宇翔, 雷成华, 雷鸣 申请人:华南理工大学, 广东电网公司广州供电局
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