外皮温度监测的单芯电缆暂态温度计算与试验

导体温度是反映电缆运行状态的关键因素,因而有必要实现对它的监控。实际中对运行电缆导体温度的直接测量难以实现,工程中常采用计算的方式来获取,而复杂多变的电缆外部因素使得对导体温度的精确计算也非常困难。为此,在电缆外皮温度监测的基础上,建立了单芯电缆暂态热路的数学模型;分别推导出只考虑电流变化和只考虑表皮温度变化两种情况下的暂态温升递推公式,进而推导出单芯电缆暂态温度的完整叠加公式;并采用经典4阶Runge-Kutta法求解微分方程组计算电缆本体温度。同时编制了电缆暂态计算软件,可根据电缆外皮温度的监测,计算电缆导体和金属护套暂态温度。为验证暂态模型和软件编制的正确性,在试验现场进行了单芯电缆暂态温升试验,并将计算结果与试验测得的温度数据进行了对比验证。结果表明,基于电缆外皮温度监测的单芯电缆暂态温度计算具有较高的精度,可用于单芯电缆实际运行中的温度控制、电缆状态监测及其故障预警等方面。     

500 kV充油海底电缆导体温度分布式光纤传感监测及应用

依据海南联网系统500 kV海底电缆捆绑特殊海底光缆的实际情况,通过分布式光纤传感技术结合经有限元仿真模型优化的IEC60287热路模型的方法可以监测海底电缆内部的温度分布。在实验室中搭建岸上模拟实验平台,利用中压电缆捆绑光纤的结构进行捆绑电缆岸上模拟实验。同时,将经验证的温度监测方法应用于海南联网系统500 kV海底电缆,以C相空气段为例监测捆绑电缆光单元的温度。采用有限元仿真计算电缆表面的温度,根据电缆表面的温度基于热路模型推导出对应的导体温度,得到电缆导体在实际运行过程中的温度变化。岸上模拟实验测量的导体温度与数值计算得到导体温度的误差低于1.77%, 验证了海底电缆导体温度监测方法的准确性。     

电缆群排管敷设形式下的分流运行优化方法

夏季地下排管电缆聚集运行温度异常,电缆温度过高会加速电缆绝缘材料的老化,热量累积到一定程度,还可能引起起火事故。为降低地下排管中电缆运行温度,提出了电缆群排管敷设形式的优化方法。基于有限元法计算地下排管中电缆群运行温度场,建立了电缆群敷设形式优化计算模型。以电缆群中最高温电缆的温度降到最低为目标函数,电缆群中总载流量不变为约束条件,对电缆群中温度较高的电缆进行分流优化计算。通过Comsol Multiphysics软件仿真计算的结果可见,与未优化之前相比,采用优化方法后排管中最高温电缆的导体芯温度降低了约11%,电缆群最大温差降低了3.6℃,增加了电缆群温度场分布的均匀度,优化效果显著。     

基于有限元法的单芯电缆接头线芯温度计算

对电缆接头线芯温度进行监测可以有效评估电缆接头的状态,但直接测量线芯温度较为困难且容易破坏电缆接头结构,因此常通过表皮温度估算线芯温度。为提高电缆接头线芯温度计算精度,本文在有限元软件COMSOL中建立电缆中间接头的仿真模型,并进行电磁-热耦合计算。研究环境温度和负荷电流对电缆接头线芯和表皮温度的影响,并对各种工况下的仿真数据拟合分析得出由电缆接头表皮温度和环境温度对线芯温度的表达式,最终验证其有效性。该计算方法可以快速、准确地进行电缆接头线芯温度计算,为电缆中间接头温度的监测和状态评估提供依据。     

根据电缆表面温度推算导体温度的热路简化模型暂态误差分析

电力电缆运行中导体的温度是确定电缆是否达到载流量的依据,为分析热路简化模型计算电缆导体温度的精度,根据110 kV交联聚乙烯电缆各层温度的热路模型及其简化模型,借助Matlab软件推导出了基于电缆表面温度推算电缆导体温度的计算式,理论上演算了电缆热路完整模型与简化模型之间的误差,并给出该误差与所施加电流的函数关系。同时,设计了直埋电缆的暂态温升试验,根据实测表面温度数据利用简化模型计算了导体温度、绝缘层温度,对比分析了简化模型所计算的导体温度、绝缘层温度与实测导体温度、绝缘层温度之间的误差。结果表明,简化模型计算电缆导体温度与实测导体温度之间的误差在允许范围之内,可用于工程上基于电缆表面温度推算电缆导体温度。     

感温电缆温度-电阻特性评估方法研究

为避免温度-电阻特性不能满足要求的感温电缆在现场应用,提出了一种感温电缆温度-电阻特性评估方法,该方法可实现感温电缆温度-电阻特性量化分级,有效降低感温电缆的误报火警率.首先在研究感温电缆等效测量电路和温度-电阻特性曲线的基础上,分析了感温电缆的火灾报警原理.然后基于感温电缆温度-电阻特性标准曲线与实际曲线的对比情况,将感温电缆温度-电阻特性分为优、良、差三个等级,并给出了三个等级对应的处理方法.最后研制了一套温度-电阻特性评估装置,现场试验结果表明该装置的电阻测量精度较高,且能够实现感温电缆温度-电阻特性的准确评估,保证感温电缆可靠运行.     

基于数据驱动模型的高压电缆缆芯温度预测研究

温度是判断电缆运行状态的重要物理量之一,但通常只能监测到电缆外护套温度,而无法直接获取缆芯温度.因此搭建隧道敷设110 kV电缆的温度场模型,融合电缆外护套实时监测的温度数据,通过优化、修正电缆的材料参数,使模型更加符合电缆的真实运行状态,得到电缆的温度分布情况.进一步分析介质损耗因数、介电常数以及XLP E的导热系数...     

单芯电缆线芯温度的非线性有限元法实时计算

考虑电缆材料热性参数是温度的函数及忽略热量沿着线芯轴向传输所造成的线芯温度计算误差,为提高电缆线芯温度计算的精度,提出基于非线性有限单元法计算电缆导体的温度。研究电缆导体径向、轴向温度梯度以及热量扩散规律,分析运行电流、外界环境温度等因素对电缆线芯轴向、径向温度分布的影响。根据传热学原理,研究电缆热性参数随温度变化对电缆导体温度的影响,建立电缆导体温度计算三维非线性有限元模型,并通过实验数据对非线性有限元模型进行验证和修正。实验和有限元仿真的对比表明：忽略电缆热量沿着轴向传输以及热性参数的改变会造成线芯温度计算误差;所提出的电缆导体温度实时计算非线性有限元模型的有效性,为高温下运行电缆导体温度监测与负荷预测奠定了基础。     

基于电磁-热耦合的XLPE电缆缺陷暂态温度分布研究

针对10 kV电缆常见的3种缺陷,本文建立了三维电缆缺陷模型并进行电磁-热耦合温度场分析,研究3种缺陷电缆的暂态温度模型,分析不同工作电流与不同敷设条件对3种缺陷电缆温度的影响。结果表明：缺陷对电缆的危害从大到小排序依次为金属尖端缺陷、气隙缺陷、划痕缺陷;在相同载流量的情况下,金属尖端缺陷处温度高于其他两种缺陷处温度;确定了电缆在出现缺陷时隧道敷设的散热效果最好;无缺陷试样电缆内部温度从线芯至外护套沿径向逐渐降低,在缺陷的作用下电缆内部温度场发生畸变;缺陷电缆线芯温度与外护套温度的拟合系数、电缆缺陷处温度与电缆线芯温度的拟合系数均接近1。仿真拟合结果为电缆缺陷的判断与识别提供了理论支撑。     

城市电网高压电缆光纤传感在线监测技术比对试验研究

文中建立了用于高压电缆的温度在线监测的光纤传感系统,针对电缆不同部分的测量需求,采用不同的光纤传感原理分别进行了温度测量。通过模拟电缆隧道进行了有针对性的试验,试验结果表明,布里渊温度测量系统的精度可达2℃,布里渊散射频率与温度变化呈严格的线性关系;拉曼温度测量系统的精度可达0.5℃;拉曼温度测量系统适用于通过监测热点温升电缆局部缺陷;布里渊温度测量系统适用于电缆全段的温度测量,实现动态载流量;点式光纤光栅温度测量需要注意消除电缆温度变化导致形变的干扰。