[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

技術領域

本發明涉及高電壓與絕緣技術領域，具體是一種利用電纜負荷電流推算電纜熱老化狀態的方法。

背景技術

電纜在長期運行過程中會因負荷電流電流產生的溫度作用下導致XLPE絕緣層出現熱老化的情況。隨著運行時間增加，電纜熱老化程度會出現累積效應，造成絕緣性能逐步下降，若不及時對其進行評估和監測，最終有很大概率出現電纜本體擊穿的情況，導致惡性停電事故的發生。

現有電纜的在線監測手段已經有了較為廣泛的應用，但主要手段均依靠監測各類微弱電流的變化來判定其絕緣狀態。這種采集微弱電流的方式由于現場各類電磁干擾，系統采集得到的電流不夠準確，導致經常出現系統誤報的情況；同時新裝相關在線監測設備不僅相對麻煩、費用高，還有一定的設備可靠性的問題。從一線調度和維護人員的反饋來看，在線監測手段還需要進一步加強與改進。

離線(停電)檢測相比于在線監測手段，能夠更加排除過多干擾，測試結果更準確。然而，一個省會級別城市輸配電纜用量基本都在8000km以上，特大城市電纜用量更多，若采用傳統離線診斷手段對其全部進行定期檢測工作量過于巨大，在實踐后發現中難以執行，因此實際使用中只能針對部分重點線路進行測試，覆蓋面有限。

針對這一現狀，電力系統亟需一種實時監測電纜熱老化狀態的方法，能夠基于現有負荷電流管理系統計算電纜熱老化的累積效應，實現絕緣狀態的基礎監控。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種利用電纜負荷電流推算電纜熱老化狀態的方法，由于僅需接入現有負荷電流監測系統，因此其方法簡單；通過監測所有電纜的負荷電流，無需人工監測，能夠有效減輕現場工作人員的負擔；利用現有負荷電流監測系統的準確性和可靠性，針對性改進了現有電纜在線監測技術的誤報警頻率高的缺點。

一種利用電纜負荷電流推算電纜熱老化狀態的方法，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。

進一步的，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。

進一步的，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+α₂₀(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；