[發(fā)明專利]基于分布式光纖測(cè)溫的電纜電氣故障分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610341789.6
• 申請(qǐng)日: 2016-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN107402338A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫寶平;侯宏生;董學(xué)坤;楊福君;杜彬;田小禾;李雙寶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): G01R31/08
• 分類號(hào): G01R31/08;G01K11/32
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司12108
• 代理人: 王顕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電氣故障分析方法領(lǐng)域，特別是涉及一種基于分布式光纖測(cè)溫的電纜電氣故障分析方法。

背景技術(shù)

隨著分布式光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，利用一根測(cè)溫光纖就可以獲得沿線的溫度分布信息。測(cè)溫光纖溫度的測(cè)量一般通過光纖內(nèi)的光信號(hào)強(qiáng)度或頻率信息獲得，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)測(cè)量的設(shè)備稱為分布式光纖溫度測(cè)量設(shè)備，基于光纖拉曼散射的溫度測(cè)量?jī)x、基于光纖布里淵散射的應(yīng)變和溫度測(cè)量?jī)x和基于光纖瑞利相干檢測(cè)的應(yīng)變和溫度測(cè)量?jī)x都屬于此類設(shè)備。

電能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源，電纜存在于現(xiàn)代化建設(shè)的各行各業(yè)，其重要性不言而喻。將分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于電纜溫度監(jiān)測(cè)可充分發(fā)揮光纖分布式測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電纜健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

然而，電纜徑向一般采用多層結(jié)構(gòu)。軸向具有長(zhǎng)距離特點(diǎn)，導(dǎo)致電纜的溫度分布和時(shí)間變化復(fù)雜，測(cè)溫光纖測(cè)量的溫度如何反應(yīng)電纜的電氣故障是一項(xiàng)函待解決的問題。

目前，電力工作者一般采用兩種方法，一種是通過經(jīng)驗(yàn)判斷溫度和故障的關(guān)系，另一種是利用實(shí)體實(shí)驗(yàn)獲得二者關(guān)系。前者準(zhǔn)確性和可靠性差，往往導(dǎo)致誤判和漏判；后者實(shí)驗(yàn)難度大、成本高、周期長(zhǎng)、靈活性差，往往實(shí)現(xiàn)困難。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題本發(fā)明提供了一種基于分布式光纖測(cè)溫的電纜電氣故障分析方法，其既能提高故障判斷的準(zhǔn)確性和可靠性，又能克服實(shí)體實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)利用分布式光纖測(cè)溫進(jìn)行電纜電氣故障的識(shí)別和定位。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于分布式光纖測(cè)溫的電纜電氣故障分析方法，包括以下步驟：

步驟1：在電磁暫態(tài)仿真軟件中建立電纜系統(tǒng)模型、設(shè)置線路參數(shù)、確定故障類型、進(jìn)行故障仿真、獲得故障時(shí)的電流值，具體方法如下：

(1)選定電磁暫態(tài)仿真軟件，如PSCAD/EMTDC等同類計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)線路連接形式建立電纜系統(tǒng)模型，選用二型等值電路模擬電纜；

(2)確定電纜類型和型號(hào)，獲取電纜參數(shù)，包括電壓等級(jí)、長(zhǎng)度、中性點(diǎn)接地方式、工作頻率、正序阻抗、零序阻抗；確定電源類型、變壓器容量和變比；確定用戶負(fù)荷、用戶等效阻抗；將所有參數(shù)輸入建立好的電纜系統(tǒng)模型中；

(3)確定故障類型，主要包括單相接地短路、兩相短路、三相短路、兩相接地短路、三相接地短路、單相斷路等；接地短路故障通過直接與地短接或通過小電阻短接地實(shí)現(xiàn)，兩相或三相短路通過兩相或三相直接短接或通過小電阻短接實(shí)現(xiàn)，兩相或三相接地短路通過先兩相或三相相間短路再接地或兩相或三相分別接地實(shí)現(xiàn)，單相斷路通過切斷線路或故障點(diǎn)串聯(lián)大電阻實(shí)現(xiàn)；

(4)進(jìn)行故障仿真；根據(jù)電纜繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間設(shè)定故障的起始和結(jié)束時(shí)刻；在電纜系統(tǒng)模型中的故障線路段放置電流表和電壓表；調(diào)用電磁暫態(tài)仿真軟件的仿真命令進(jìn)行仿真；

(5)獲取故障電流；利用電纜系統(tǒng)模型中放置的電流表和電壓表讀取故障前 后的電流值及變化過程；

步驟2：根據(jù)工EC60287標(biāo)準(zhǔn)建立電纜的暫態(tài)熱路模型，計(jì)算故障時(shí)電纜的暫態(tài)溫度，具體方法如下：

(1)根據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)和材料特性，利用工EC60287標(biāo)準(zhǔn)中介紹的熱路模型構(gòu)建方法建立電纜的熱路模型；

(2)根據(jù)電纜各層材料的厚度、熱阻系數(shù)、熱容系數(shù)，利用工EC60287標(biāo)準(zhǔn)中介紹的損耗、熱阻和熱容計(jì)算公式計(jì)算金屬層和絕緣層的損耗、各層的熱阻和熱容；

(3)根據(jù)電纜穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度、故障持續(xù)時(shí)間，利用建立好的熱路模型計(jì)算故障結(jié)束時(shí)刻電纜各層及測(cè)溫光纖的暫態(tài)溫度；

步驟3：建立電纜和測(cè)溫光纖的熱力學(xué)有限元模型，利用該模型仿真故障前電纜的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分布、故障后電纜和測(cè)溫光纖的暫態(tài)溫度場(chǎng)分布和變化，具體方法如下：

(1)選定有限元仿真軟件，如ANSYS等同類軟件，經(jīng)過單元與材料模型選擇、幾何模型建立、網(wǎng)格劃分、載荷施加等過程建立電纜和周圍環(huán)境的熱力學(xué)有限元模型；電纜各層使用SOL工D90三維二十節(jié)點(diǎn)熱實(shí)體單元，材料特性由導(dǎo)熱系數(shù)、密度和比熱容確定，幾何模型根據(jù)電纜結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸確定，網(wǎng)格劃分采用非均勻方式，載荷由電纜各層損耗換算出的熱生成率、電纜和環(huán)境初始溫度、電纜與周圍環(huán)境的換熱系數(shù)和邊界條件確定；

(2)調(diào)用有限元仿真軟件中的仿真工具進(jìn)行電纜故障前后的熱力學(xué)仿真；先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)仿真，獲得電纜正常運(yùn)行時(shí)各層溫度分布和測(cè)溫光纖的溫度分布，為步驟2中暫態(tài)熱路模型的計(jì)算提供初值；再進(jìn)行暫態(tài)仿真，獲得故障引發(fā)繼電保護(hù)裝置切斷電源后電纜各層和測(cè)溫光纖的溫度分布及隨時(shí)間的變化；