[發明專利]一種利用電纜負荷電流推算電纜熱老化狀態的方法

有效

• 申請號: 201610119030.3
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105808830B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 楊帆;沈煜;阮羚;靖曉平;張冠軍;程建翼;王彥博;趙艾萱;張幸;鄧軍波
• 申請（專利權）人: 國網湖北省電力公司電力科學研究院;國家電網公司;西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所42113
• 代理人: 孔敏

1.一種利用電纜負荷電流推算電纜熱老化狀態的方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一、根據人工設定的電纜敷設類型，讀取相應電纜敷設類型對應的環境參數，所述環境參數包括對流換熱系數а、土壤底層溫度T_soil、土壤熱阻率ρ、大氣實時溫度T_amb；

步驟二、讀取電纜各層幾何結構參數，讀取電纜上述各層相應的熱容、熱阻以及金屬部分的電阻參數，其中環境參數、熱容、熱阻和電阻參數作為計算參數；

步驟三、根據所述計算參數和電纜群中電纜的幾何結構參數，建立電纜群中各電纜的負荷電流與溫度之間關系的有限元計算模型，使用實時迭代的方式計算電纜實時溫度T(x,y,t)；

步驟四、當得到電纜各區域實時溫度T(x,y,t)后，通過讀取線芯溫度T_core推算目前當前溫度下電纜壽命損失系數；

所述幾何結構參數包括導體直徑D、導體屏蔽厚度δ₁、絕緣厚度t₁、絕緣屏蔽厚度t_i2、金屬屏蔽厚度t_s、內護層厚度t₂、鎧裝厚度δ、外護層厚度t₃；

所述步驟三具體為：

讀取電纜各層熱容、熱阻，通過電阻參數得到熱阻系數的倒數-導熱系數D，利用熱容存儲能力求解熱擴散率K，建立電阻參數R和發熱量Wc之間關系，電阻參數R和發熱量Wc之間的關系如式(1)所示：

Wc＝I²R(1)

其中I為電纜負荷電流；

電阻參數R在溫度不同時其電阻值變化如式(2)(3)所示：

R＝R'(1+Y_S+Y_P)(2)

R'＝R₀(1+a₂₀(θ-20)) (3)

式中：

R′——電纜線芯在最高工作溫度下單位長度的直流電阻，單位Ω；

Y_S、Y_P——集膚效應和鄰近效應的系數，若無特別說明則為0；

R₀——電纜線芯在20℃時單位長度的直流電阻，單位Ω；

α₂₀——線芯材料以20℃為基準的電阻溫度系數；

θ——電纜導體的最高工作溫度，單位℃；

根據所得的發熱量Wc得到電纜線芯域面內的內熱源發熱率q_v＝Wc/S₀，其中S₀為電纜線芯所在區域面積；

根據各層結構的幾何結構參數建立電纜求解區域S，其所在電纜求解區域S上的一點x,y可得傳熱公式，如式(4)所示：

∂2T∂x2+∂2T∂y2+qvD=K∂T∂t---(4)]]>

其中T代表電纜線芯的溫度,D為各區域導熱系數，K為各區域熱擴散率，q_v為內熱源發熱率；

根據前述得到的環境參數作為式(4)求解區域S的邊界條件，以此作為基礎對其進行變分，得到泛函I如式(5)所示：

其中，L為區域S的邊界；

將泛函I在區域S中分割為有限個單元，并將其離散化，得到式(6)：

I(T)=Σe=1NEIe=T‾TK‾T‾-2T‾TP‾---(6)]]>

其中，為剛度矩陣，為熱源密度矩陣，NE為單元個數，最終求解泛函I的極值即可求得電纜各區域實時溫度T(x,y,t)；

所述步驟四具體為：

對于阻燃型粘性浸漬紙、不滴流紙、交聯聚乙烯，其相對熱老化率如式(7)、(8)、(9)所示：

Voil-paper-Loss=2Tcore-606---(7)]]>

Vpaper-Loss=2Tcore-656---(8)]]>

VXLPE-Loss=2Tcore-906---(9)]]>

根據相對熱老化率，利用下式計算得到N個時間區間或段(t₁-t₂)內絕緣材料的老化壽命損失L為：

或

2.如權利要求1所述的利用電纜負荷電流推算電纜熱老化狀態的方法，其特征在于還包括步驟五、以壽命損失時長的方式進行展示并設定報警閾值。