10kV三芯電纜導體溫度的評估方法技術

本發明專利技術公開了一種10kV三芯電纜導體溫度的評估方法，基于實測的電纜表皮溫度進行導體溫度推算，避開了10kV三芯電纜在不同敷設情況及不同運行環境情況下，外部環境溫度及環境熱阻復雜變化帶來的影響，使得評估結果更精確，適用性更廣。另外，本評估方法還在計算中進行了等效與簡化處理：忽略了導體屏蔽層的熱阻，把導體與導體屏蔽共作一層進行考慮，認為導體屏蔽層的溫度與導體外表面的溫度相同；把絕緣屏蔽算入絕緣層來進行考慮，兩者的熱阻系數相同；忽略了10kV三芯電纜金屬屏蔽層的損耗及熱阻。從而在保證計算精度的同時簡化了運算。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及傳輸電纜
，特別是涉及一種IOkV三芯電纜導體溫度的評估方法。
技術介紹
目前，為了得到IOkV三芯電纜導體溫度及確定載流量，通常有兩種方法以IEC標準為代表的等效熱路模型計算方法；以有限元仿真為代表的仿真模擬數值計算方法。 以IEC標準為代表的熱路模型計算方法根據傳熱學原理把電纜本體及其周圍環境構建成帶有熱源、熱阻的單向熱傳遞熱路，熱源、熱阻參數的確定根據導體的發熱量、絕緣層介質損耗、各材料的熱物性參數而定。由環境溫度推算到導體溫度，之后再確定載流量。上述方法存在以下缺陷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；4、所規定的計算條件十分苛刻。實際上，由于配網IOkV電纜敷設方式多種，周圍介質復雜土壤不均勻、水分含量不同，以及日負荷電流變化較大等因素，導致以上因素無法滿足規程假設，進而造成誤差較大。對于多排管敷設的IOkV配網電纜，其電纜群同時達到最大負荷的情況可能性極低，若按照最嚴酷的情況進行假設計算將導致實際運行中IOkV配網電纜的載流量裕度過大，無法經濟高效運行。以有限元仿真為代表的仿真模擬數值算法根據實際情況建立模型；輸入各類參數之后，給各個區域賦予參數；劃分網格之后進行數值求解。數值算法的計算結果可以比較接近真實值。缺陷1、針對不同的情況需要建立不同的模型，普適性不足；2、結構參數、熱物性參數及邊界條件必須要設定準確，否則將導致誤差較大。本專利技術中的電纜穩態熱路模型，基于實測的電纜表皮溫度進行穩態導體溫度推算，這樣就避開了 IOkV三芯電纜在不同敷設情況及不同運行環境情況下，外部環境溫度及環境熱阻復雜的變化，使得計算結果更加精確。
技術實現思路
基于上述情況，本專利技術提出了另一種IOkV三芯電纜導體溫度的評估方法。一種IOkV三芯電纜導體溫度的評估方法，包括步驟監測所述IOkV三芯電纜的單相導體電流和外護套表皮溫度；計算所述IOkV三芯電纜的導體溫度與所述外護套表皮溫度的溫差；根據所述溫差與所述外護套表皮溫度，計算所述導體溫度，采用下式計算所述溫差Δ Θ = (Qc+0. 5Qd) Ti+3 (Qc+Qd) · T2+3 [ (1+λ 2) Qc+Qd] · T3上式中，Δ Θ表示所述溫差，T1, T2、T3、Q。、Qd和λ 2分別表示IOkV三芯電纜的絕緣層熱阻、內襯層熱阻、外護套熱阻、導體損耗、絕緣層損耗和鎧裝帶損耗系數，所述IOkV三芯電纜為非統包IOkV三芯電纜。本專利技術IOkV三芯電纜導體溫度的評估方法，基于實測的電纜表皮溫度進行導體溫度推算，避開了 IOkV三芯電纜在不同敷設情況及不同運行環境情況下，外部環境溫度及環境熱阻復雜變化帶來的影響，使得評估結果更精確，適用性更廣。另外，本評估方法還在計算中進行了等效與簡化處理忽略了導體屏蔽層的熱阻，把導體與導體屏蔽共作一層進行考慮，認為導體屏蔽層的溫度與導體外表面的溫度相同；把絕緣屏蔽算入絕緣層來進行考慮，兩者的熱阻系數相同；忽略了 IOkV三芯電纜金屬屏蔽層的損耗及熱阻。從而在保證計算精度的同時簡化了運算?！じ綀D說明圖I為本專利技術建立的IOkV三芯電纜穩態導體溫度計算熱路模型；圖2為典型YJV22型IOkV三芯電纜結構圖；圖3為本專利技術IOkV三芯電纜導體溫度的評估方法的流程示意圖；圖4為本專利技術IOkV三芯電纜導體溫度的評估方法驗證性實驗的實驗裝置電氣接線圖；圖5為熱電偶具體敷設情況示意圖。具體實施例方式目前確定IOkV三芯電纜載流量的方法基本分為兩種一種是利用IEC60287標準，在100%負荷及典型敷設方式條件下，部分帶入經驗值，計算穩態載流量；另一種是在多排管敷設電纜負荷電流相同情況下進行載流量實驗，通過實驗確定電纜群實際運行時的載流量。本專利技術在計算IOkV三芯電纜穩態導體溫度及確定載流量方面提出了新的思路省去傳統計算載流量時的環境溫度測量以及不用考慮多變的環境熱阻，并且在電纜群中各電纜不同負荷電流大小情況下也可以進行計算。下面從IOkV三芯電纜產熱與傳熱過程開始詳細介紹本專利技術。I、對單相單位長度導體、絕緣及絕緣屏蔽層的產熱與傳熱進行分析，其過程是由于導體銅的導熱性能遠遠超過絕緣層，所以可以忽略導體的熱阻，只計及導體熱效應產生的導體損耗Q。，對絕緣及絕緣屏蔽層的介質損耗及熱阻進行η型等效分布，熱阻為T1，介質損耗分布在熱阻兩邊分別為O. 5Qd。2、由于IOkV三芯電纜的結構如圖2所示，根據熱路與電路相對應性質，把三根單位長度導體、絕緣及絕緣屏蔽層的熱流源與熱阻進行并聯。3、由于金屬屏蔽層的厚度相對于絕緣層非常小，并且銅金屬屏蔽的熱阻及電阻都極小，所以可以忽略三個金屬屏蔽層的熱阻及其總損耗3 λ A。。4、由于內襯層的結構不規則，分布不均勻，導致內襯層的熱阻T2計算復雜，本專利技術關于內襯層熱阻T2計算基于IEC60287中的圖解法。5、根據熱力學定律，以IOkV三芯電纜中包帶為邊界，其內部的三根導體、絕緣及絕緣屏蔽層、金屬屏蔽層的總損耗在經過鎧裝向外護套層散熱的同時，還需加上鎧裝帶中的損耗3 λ 2Q。，所有熱量經過外護套T3后，最終通過電纜表皮向外部環境散熱。經過以上產熱及熱傳遞過程分析，建得熱路圖如圖I所示，(注雖然忽略金屬屏蔽層的熱阻及損耗，但依然將其在熱路圖中表示出來)本專利技術IOkV三芯電纜導體溫度的評估方法包括步驟如下步驟S101、監測所述IOkV三芯電纜的單相導體電流I和外護套表皮溫度Θ。；步驟S102、計算所述IOkV三芯電纜的導體溫度與所述外護套表皮溫度的溫差，所述溫差的計算公式如下Δ Θ = (Qc+0. 5Qd) Tj+3 (Qc+Qd) · T2+3 [ (1+ λ 2) Qc+Qd] · T3上式中，Δ Θ表示所述溫差，T1, T2、T3、Q。、Qd和λ 2分別表示IOkV三芯電纜的絕緣層熱阻、內襯層熱阻、外護套熱阻、導體損耗、絕緣層損耗和鎧裝帶損耗系數；步驟S103、根據所述溫差Λ Θ與所述外護套表皮溫度Qtl，計算所述導體溫度 θ1:Q1= Δ θ + Θ 0如步驟SlOl所述，本評估方法需要IOkV三芯電纜的單相導體電流大小的監測數據，及外護套表皮溫度的監測數據。單相導體電流大小可由電流互感器測量得到，表皮溫度可由熱電偶及測溫儀或是光纖測溫系統等設備得到。本評估方法適用于非統包及穩態的IOkV三芯電纜。通過監測得到的電纜表皮溫度數據，判定IOkV三芯電纜的溫度場是否達到穩態，當溫度監測設備測得的表皮溫度數據在5分鐘時間段內其變化小于O. 5°C，則可認為電纜溫度場達到穩態。根據每層材料熱阻系數等物性參數，通過以下公式獲得步驟S102中提及的IOkV三芯電纜中絕緣及絕緣屏蔽層熱阻Tl、內襯層熱阻T2及外護套層熱阻T3 ;導體損耗Qc、絕緣層損耗Qd、鎧裝帶損耗系數λ 2。(I)絕緣層熱阻Tl:目前實際運行的IOkV三芯電纜多是金屬帶屏蔽型，依照IEC60287標準需要把該類型電纜先作為dl/d=0. 5的帶絕緣電纜考慮(d為導體之間絕緣厚度，dl為導體與金屬屏蔽層之間的絕緣厚度)，然后計及金屬屏蔽層的導熱效應，需要乘以屏蔽因素K。式I中P τ為絕緣材料熱阻系數，K · m/ff ；K為屏蔽因數；G為幾何因數。注屏蔽因數K、幾何因數G需要參考IEC60287標準中的圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種10kV三芯電纜導體溫度的評估方法，其特征在于，包括步驟:監測所述10kV三芯電纜的單相導體電流和外護套表皮溫度；計算所述10kV三芯電纜的導體溫度與所述外護套表皮溫度的溫差；根據所述溫差與所述外護套表皮溫度，計算所述導體溫度，采用下式計算所述溫差：Δθ＝(Qc+0.5Qd)T1+3(Qc+Qd)·T2+3[(1+λ2)Qc+Qd]·T3上式中，Δθ表示所述溫差，T1、T2、T3、Qc、Qd和λ2分別表示10kV三芯電纜的絕緣層熱阻、內襯層熱阻、外護套熱阻、導體損耗、絕緣層損耗和鎧裝帶損耗系數，所述10kV三芯電纜為非統包10kV三芯電纜。

【技術特征摘要】
1.一種IOkV三芯電纜導體溫度的評估方法，其特征在于，包括步驟 監測所述IOkV三芯電纜的單相導體電流和外護套表皮溫度； 計算所述IOkV三芯電纜的導體溫度與所述外護套表皮溫度的溫差； 根據所述溫差與所述外護套表皮溫度，計算所述導體溫度， 采用下式計算所述溫差 Δ Θ = (Qc+0. 5Qd) Ti+3 (Qc+Qd) · T2+3 [ (1+λ 2) Qc+Qd] · T3 上式中，Δ Θ表示所述溫差，TpHQc^Qd和入2分別表示IOkV三芯電纜的絕緣層熱阻、內襯層熱阻、外護套熱阻、導體損耗、絕緣層損耗和鎧裝帶損耗系數， 所述IOkV三芯電纜為非統包IOkV三芯電纜。2.根據權利要求I所述的IOkV三芯電纜導體溫度的評估方法，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李文祥，謝堅純，楊曉東，辛平野，
申請(專利權)人：廣州供電局有限公司，
類型：發明
國別省市：