电缆导体无线测温与电缆运行状态监测系统的应用分析.pdf
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1、电缆导体无线测温与电缆运行状态监测系统的应用 柯德刚 杜成龙 宋健瑛 吴星法 上海永锦电气技术股份有限公司 上海永锦电气集团有限公司 摘要: 在建设智能电网的大背景下,为了既能充分提升电力电缆线路的输送能力,又能使 其安全稳定的运行,对电缆运行温度进行监控是一种比较直观的方法。而导体无线测温技术 相比红外测温、电缆外皮光纤测温、电缆外屏蔽光纤测温、电缆接头表面及应力锥部位测温 等具有更高的测温精度,更能真实的反应出电缆的运行状态。 关键词: 电力电缆导体运行温度;无线测温技术;电缆状态监测; The Wireless temperature of cable conductor and the
2、 application of the condition monitoring of cable runs Ke Degang Du Chenglong Song Jianying Wu Xingfa Shanghai Yongjin electric technology Limited by Share Ltd Shanghai Yongjin Electric Group Co.Ltd. Abstract: under the background of building a smart grid, in order to fully enhance the transmission
3、capacity of power cable line, and the safe and stable operation, the cable temperature monitoring is a relatively straightforward way. Conductor wireless temperature measuring technology of infrared measuring temperature, skin temperature measurement of optical fiber, cable shielding for cables o pt
4、ical fiber temperature measurement, cable connector and stress-position measuring has higher pre cision, more real response out of the cable run. Key words: Power cable conductor operating temperature; wireless temperature measurement technology; cable condition monitoring; 近年来在建设坚强智能电网的背景下,我国城市输配电电
5、缆线路发展迅速,电力电缆使 用数量逐年增长,其中高压和超高压电力电缆,已成为城市输电网络的主要组成部分,在北 京、上海、广州、天津、深圳等经济发达的城市及大部分省会城市,都建成了规模庞大的地 下电缆供电系统。既保证电力电缆供电系统的安全稳定运行、又充分发挥电力电缆输送电能 量是当下一个重要的任务。 电力电缆线路尤其是交联聚乙烯(XLPE ) 绝缘电力电缆因其具有良好的电气性能,敷 设容易、运行维护简单等优点而被广泛应用。但偶发的电缆线路故障不可避免,我国电力电 缆输电线路的故障率目前仍高于国际上的发达国家。电缆线路的故障发生以后,一般的结果 都比较严重,如:停电,甚至起火。据统计2000 年中
6、国发生的火灾中因电气原因引发的数 量为31933 起, 占火灾总数的26.1%, 其中因电缆线路引起的火灾占整个电气火灾数量的50% 以上 。(估计近年来这个比例在大幅下降) 引起交联电缆线路故障的原因有电缆本体、电缆附件、 电缆敷设、 附件安装、 外力破坏、 电缆线路接地系统设计、电缆线路过载等。相关统计资料反映电缆线路主要故障原因是外力 破坏,占比58%。除去外力破坏,电缆附件发生的故障率高于电缆本体,电缆中间接头故障 率高于电缆终端。引起中间接头故障的主要原因是因安装不当,另外电缆中间接头导体连接 金具与电缆线芯配合不合理也是一个原因 ;引起电缆本体故障的原因一般是电缆本体树枝 状老化击
7、穿和过载。 为防止电缆线路发生恶性故障有必要加强对电缆线路的监控。其中对电缆运行温度的监 控是一个比较直观的方法。 电力电缆的 运行温度是一个重要参数。当电缆在额定负荷下运行时,线芯温度达到允许 值;电缆一旦过负荷,线芯温度将急剧上升,加速绝缘老化,甚至发生热击穿。有研究发现, 当交联聚乙烯 (XLPE )电缆的工作温度超过允许值的8%时,其寿命将减半; 如果超过15%, 电缆寿命将只剩下1/4 。 另外一个方面由于早期电缆线路设计、建设工作经验不足,一般比较保守,导致很多高 压电缆线路的实际载容量远低于允许容量,空置了较多的输送能力。而现在社会经济发展需 要增加电能的供应,输电空间走廊又受限
8、,提升原来建设的电缆线路的输送能力成为电力系 统的一个重要工作。 因为从提高电缆线路安全稳定运行水平,防止发生严重故障的角度需要对电缆线路的运 行温度进行监测,从实现动态增容的角度也要对电缆运行温度进行监测。所以近年来有较多 大学(西安交通大学、华北电力大学、 重庆大学、 电子科技大学等) 、研究院所 (中国电科院、 国网电科院、南网电科院等)、供电公司(北京、上海、广东、杭州、天津等)都在电缆运行 温度检测方面进行了研究与应用。 华南理工大学、湖北省电力公司、广东电网公司在完成国家重点基础研究计划(973 计 划 2009CB-724507)中 提出了实现电缆动态增容的方法,并模拟电缆的隧道
9、敷设环境设计了 110kV 交联聚乙烯单芯电缆的正常负荷、满负荷、超负荷等阶跃电流温升实验。发现:实验 得到的电缆导体温升时间与理论计算得到的导体温升时间基本相符;电缆增加的容量在电缆 正常负荷运行范围内,根据供电需求可以长时间对电缆进行动态增容 。 上海市电力公司在保证电缆温度不越限的前提下,通过建立电缆导体实时温度模型,配 合温度监测技术,提出可行的短时动态增容方案,使得电缆线路能在一定时间内发挥其最大 的输电能力。已在上海杨建2145 等四回 220 kV 电缆上试应用 。 河北科技大学在河北省科技支撑计划(10213557)资助下完成了:利用有限元计算地下 电缆的焦耳损耗和温度场分布;
10、利用迭代法实现地下电缆温度场和电磁场间的耦合计算,提 高了地下电缆温度场计算的精度;利用迭代法确定地下电缆的载流量。耦合计算结果比非耦 合计算结果更接近试验结果,可满足工程实际的需要 。 文献 6-11 中提出了相关的电缆导体温度暂态计算与应用研究、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、电力电缆接头温度无线监测前端装置设计、电缆在线监测 及检测技术研究、电力电缆及其接头运行温度监测技术研究等研究及应用。相关研究人员也 提出希望加强对电缆接头的运行温度在线监测的研究,以期在电缆接头运行温度在线监测领 域取得突破,提出有效的温度监测方式,设计可行的温度监测系统,预防电力电缆接头故障
11、 发生,保证电力电缆网络安全运行 。 中国电力科学研究院高压所及清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室 归纳国内相关研究及应用指出 :目前电缆温度测量方法中,分布式光纤测温应用比较广泛。 该方法主要依据光纤的光时域反射原理及光纤的背向拉曼散射温度效应。目前北京、上海杭 州、天津、广州等城市110kV 及 220kV 电缆线路都不同程度地敷设了分布式光纤测温系统。 综合各地运行经验来看虽然分布式光纤测温系统具有测量距离长、测温精度高等优点,但存 在空间分辨率较低、对因各类缺陷造成的局部温升不敏感、易受敷设环境温度、湿度影响等 缺点。 红外测温直观且简单易行,但是不能适用于中间接头,也
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