电力电缆中间接头温度计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力电缆中间接头温度计算方法，属于电缆监测技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着用电量的高速增长和城网改造的进行，电网中的高压电缆线路日益增多，电 力电缆的合理运行，成为电网安全、经济运行的保证。电缆构成材料分为两部份：一是导体， 二是绝缘体，导体的作用是导通电流，所以导体会发热，而且电流越大、发热越厉害，导体的 发热量与电流的平方成正比。绝缘体本身不会发热，但绝缘体是包裹在导体外面的，导体发 的热量会百分百传给绝缘体，使绝缘体温度升高。
[0003] 导体由金属做成，常规使用铜、铝等金属材质，因此导体相对不怕高温，100~ 200°C的温度对铜、铝等金属材质均不会产生影响，但绝缘体是有机物做成，相对害怕高温， 100~200°C的温度，绝缘体就无法承受，所以为了保证电缆的绝缘体不会因高温而损坏， 就有必要限制导体的发热量，也就是限制导体的温度。如果说，"电缆导体长期允许工作温 度90度"，就是指该电缆导体的工作温度可以长期保持在90度，而不会对该电缆的绝缘材 料造成额外损害。
[0004] 电缆导体的长期允许最高工作温度0 (如交联聚乙烯为90°C)决定了电缆的持续 允许载流量，若电缆的负荷电流接近其载流量，使得绝缘材料的工作温度低于其长期允许 最高工作温度，可保证电缆在使用期内（30年左右）安全可靠、经济合理的运行；若电缆工 作温度过高，绝缘材料老化加速，电缆寿命缩短，有可能发生热击穿而损坏，甚至遭造成火 灾。但若长期低负荷运行，则会导致电缆截面得不到有效利用，不能充分发挥电缆的传输能 力，造成投资浪费。由于目前技术上尚难以实现对电缆导体温度的直接在线测量，因而准确 计算电缆载流量、从而通过IEC60287标准反算出电缆导体温度就显得尤为重要。
[0005] 因此电力电缆的温度与电缆老化、电缆载流量均密切相关。在现场运行中，根据调 度中心提供的电缆实际负荷电流值，利用IEC60287标准计算出电缆导体温度，可以反向 判断电缆的运行状态，有效地防止电缆局部过热，保证电缆的使用寿命。国际电工委员会 (IEC)标准在1957年McGrath论文的基础上，结合1957年之后载流量的算法改进，于1982 年提出了电缆额定载流量（100%负荷因数）计算标准一一IEC60287标准（国内相对应的 标准是JB/T10181-2000《电缆载流量计算》），利用该IEC60287标准可以满足大部分条 件下的载流量的基本计算，IEC60287标准中的电缆载流量传统计算公式为：
[0007] 其中：
[0008] I--电缆载流量；
[0009] R一一最高工作温度下导体的交流电阻；
[0010]Wd--绝缘层的介质损耗；
[0011] A1--金属套与屏蔽的损耗系数；
[0012] A2--铠装的损耗系数；
[0013] T1--绝缘层热阻；
[0014] T2--内衬及填料热阻；
[0015] T3--外护套热阻；
[0016] T4--空气中电缆外部热阻；
[0017] n 电缆中载有负荷的导体数；
[0018] A0 一一高于环境温度的导体温升；
[0019] 但该计算公式中存在大量的经验公式和相似处理，有一些不足之处，尽管进行了 多次改进，由于IEC60287标准是建立在解析和经验的基础上，而实际电缆运行工况复杂 多变，这就造成了IEC60287标准在计算电缆本体导体温度时存在误差，其测试精度低，适 用范围小，具有一定的局限性，因此导致反向计算出的电缆导体温度误差更大，进一步降低 其应用适应性。
[0020] 同时在实际工况中，当电缆铺设好后，为了使其成为一个连续的线路，各段电缆必 须连接为一个整体，因此电缆上还会有数量众多的中间接头，中间接头的运行环境较电缆 本体要恶劣很多，中间接头温度要大大高于电缆本体温度。所以，为了能够充分掌握中间接 头运行状况，防止中间接头局部过热，希望能够通过简单地计算，获得中间接头温度，以实 时判断中间接头的运行状况。而根据IEC60287标准只能够计算出电缆的本体导体温度， 无法计算出中间接头温度。
【发明内容】
[0021] 本发明需要解决的技术问题是针对IEC60287标准存在的问题，在对IEC60287 标准进行修正的基础上，提出一种电力电缆中间接头温度计算方法，以此计算出电力电缆 的中间接头温度，用于实时判断中间接头的运行状况。
[0022] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0023] -种电力电缆中间接头温度计算方法，包括以下步骤：
[0024] A、根据电缆构成、电缆各组成单元的材料及其几何属性，查阅IEC60287标准，获 取计算电缆载流量所需相关参数，所述相关参数包括：
[0025] R 最尚工作温度下导体的交流电阻；
[0026] Wd--绝缘层的介质损耗；
[0027] A1--金属套与屏蔽的损耗系数；
[0028] A2--铠装的损耗系数；
[0029] T1--绝缘层热阻；
[0030] T2--内衬及填料热阻；
[0031] T3--外护套热阻；
[0032] T4--空气中电缆外部热阻；
[0033] n 电缆中载有负荷的导体数；
[0034] 同时获取电缆载流量负荷电流值I3、电缆的本体表皮温度测量值0 2'，以及环境 温度9c，执行下一步骤；
[0035] B、对电缆载流量进行电热耦合多物理场计算，获取修正系数k，并对IEC60287标 准中的电缆载流量传统计算公式进行修正，得到如下修正公式：
[0037] 式中：1'--电缆载流量修正值；
[0038] A0一一高于环境温度的导体温升；
[0039] k--修正系数；
[0040] 其余参数参见步骤A;
[0041] C、根据步骤A中的相关参数，以及电缆载流量负荷电流值I3，代入步骤B中的修正 公式，反算出高于环境温度的导体温升A0;
[0042] D、根据步骤A中的电缆的本体表皮温度测量值0 2'，以及步骤C中的高于环境温 度的导体温升A0，根据如下公式，求解出电缆的本体导体温度0/:
[0043] AB=Br 0 ' 2
[0044]0 '1----本体导体温度；
[0045] 0'2--本体表皮温度测量值；
[0046] E、根据步骤A中的环境温度0。，以及步骤D中的电缆的本体导体温度0 /，利用 如下的接头温度计算公式求解出接头表皮温度9 2和接头导体温度0 1:
[0047] 0 1= a ( 0 rr 0 0) + 0 0
[0048] 02= {3(9' 2_9'J+Oj
[0049] 式中：9丨--接头导体温度；
[0050] 0 2----接头表皮温度；
[0051] 9 〇 环境温度。
[0052] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤E中的接头温度计算公式中：a的取值 为L1彡a彡L4,P的取值为0? 9彡P彡L1。
[0053] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B中修正系数k的获取步骤如下：
[0054] 步骤B1、确定电缆运行环境、敷设方式和导体截面积；
[0055] 步骤B2、选定电缆载流量计算边界；
[0056] 步骤B3、对所述边界进行有限元划分；
[0057] 步骤B4、设定各个边界节点处的电缆载流量密度值；
[0058] 步骤B5、根据边界各节点的电缆载流量密度值，利用有限元方法计算出边界各节 点的电缆载流量值；
[0059] 步骤B6、叠加计算边界各节点的电缆载流量值，求解出电缆载流量有限元值I2;
[0060] 步骤B7、根据电缆的绝缘材料，获取电缆导体的长期允许最高工作温度0作为电 缆的本体导体温度9/，然后根据步骤A中的电缆的本体表皮温度测量值02'，求解出高于 环境温度的导体温升A0;
[0061] 步骤B8、根据步骤A中的所述相关参数，以及步骤B7中的高于环境温度的导体温 升A0，求解出电缆载流量传统计算值I1;
[0062] 步骤B9、将步骤B6中的I2与步骤B8的电缆载流量传统计算值Ii作除法相除，得 到修正系数k。
[0063] 本发明技术方案的进一步改进在于：敷设方式包括排管敷设、直埋敷设、电缆沟敷 设或隧道敷设。
[0064] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：本专利针对传统的IEC 60287标准的缺陷提出了两方面改进；
[0065] 运用电热耦合多物理场计算，引入了修正系数k，对IEC60287标准中的电缆载流 量计算公式进行修正，并得到影响修正系数k的因素，修正后的电缆本体导体温度的计算 结果更加精确，计算误差小，提高了IEC60287标准计算电缆本体导体温度的计算精度和 准确性。
[0066] 提出的电力电缆中间接头温度计算方法，基于修正后的IEC60287标准，可方便 地计算出电缆的中间接头温度，便于实时监测电缆的中间接头温度，弥补了IEC60287标 准的缺陷；其中的接头温度计算公式，简单好记、方便计算、准确实用，避免大量敷设温度传 感器进行现场实测。该算法很好地补充了IEC60287标准，提高了IEC60287标准的适用 性。
【附图说明】
[0067] 图1是本发明总体流程图；
[0068] 图2是本发明实施例1的现场回路剖面图以及现场温度传感器安装示意图；
[0069] 图3是本发明实施例1的电缆区域有限元网格剖分图；
[0070] 其中，1~9、温度传感器，10、隧道。
【具体实施方式】
[0071] 下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
[0072] 实施例1
[0073] 参见图2,图2示出了本实施例的现场电缆回路剖面图以及现场温度传感器安装 示意图。试验电缆为单根单芯交联聚乙烯电缆（以下简称XLPE电缆），