专利名称：光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟监测电缆性能的方法，尤其是涉及一种光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法。
背景技术：
随着国民经济和社会的快速发展以及人民生活水平的不断提高，全社会对安全、经济、优质用电的要求越来越高，电网安全运行管理的压力越来越大。而对运行电力设备、设施的在线状态监测，特别是承担电能传输的电缆网络的运行状态的在线监测，更是保证电网安全运行的技术基础之一。同时，目前正在筹建的智能电网首要作用应是有效保证电力安全可靠性，使较传统电网更加坚强并具有更大“弹性”，可以有效地抵御自然灾害、外力破坏等各类突发事件给电力系统造成的影响；并具有强大的“自愈”功能，可以通过远程设备在线监视和系统信息分析，更加及时、准确地预测和处置各类系统故障。在智能电网建设中，变电环节的建设重点 是具有智能预警监控功能的智能变电站。这就需要一种能够在高电压、强电场环境，既能在线探测有关电网设备、设施运行状态，又能高速大容量传输探测信息的技术手段。光纤具有径细、质软、重量轻的机械性能。具有绝缘、无电磁辐射的电气性能。还具有耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能。光纤传送的光信号具有抗电磁干扰和原子辐射的性能。用光纤制作传感器能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区和强电磁场合)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。同时，光纤也能实现远距离、高速大容量的信息通信。因此，通过在常规电力电缆中，嵌入具有温度探测和通信功能的光纤的电力光纤复合电缆的电网，在变电站内敷设具有温度探测功能的传感光纤，就可以实现对变电站内热环境和进出电缆动态载流量的远程在线监测和火灾报警，实现IOkv站与35kv站间信息光纤通信的功能。为智能电网的建设提供关键的技术条件。同时，由于光纤传感器具有非电探测热环境的功能，特别适合于对电缆和无人值守变电站内设备的运行温度远程安全监测和火灾探测。在现有基础上，若能够实现较高的导体温度测算精度，以及更好的系统响应速度；另外，能够对长距离敷设的电力电缆的敷设气候环境温度变化，及电缆敷设热阻条件变化，实现逐段逐米高精度地动态测算和修正，而不需花费大量投入做模拟试验来建立修正数据库表，这是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种误差小、响应快、并且适用于不同外界环境的光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:(I)将高导热性能的特种温度探测光缆嵌入到中压电力电缆中，并在中压电力电缆的外部敷设一高导热性能的特种温度探测光缆；(2)在中压电力电缆上设置热电偶后置于模拟仓中，控制电缆在模拟仓中的长度为 5-7m ；(3)控制电缆中的电流，负荷电流分别从满载的50%升高至80%，再升高到100 %，再升高到110%，降低到80 %，最后降至50 %，每个过程保持3至4h ; (4)利用中压电力电缆上的热电偶监测对电缆的载流热效应，外部敷设的高导热性能的特种温度探测光缆对中压电力电缆的安全载流测算结果进行自动补偿修正，即完成载流热效应监测。所述的高导热性能的特种温度探测光缆为与非金属结构探测光缆或非磁金属铠装结构探测光缆，以验证不同结构的温度探测光缆探测电缆导体温度的敏感度。嵌入到中压电力电缆中的探测光缆设在中压电力电缆的三相导体的中间和电缆填充层内，以验证探测电缆导体温度的光缆最佳嵌入位置。敷设在中压电力电缆外部的温度探测光缆设在中压电力电缆护套的外侧，用于探测不同敷设环境电缆径轴向环境温度场的分布，并对电缆安全载流测算结果进行自动补偿修正。所述的模拟仓包括隧道环境模拟仓、直埋环境模拟仓、水环境模拟仓及穿管环境模拟仓。为比对嵌入中压电力电缆中的光纤传感系统测试计算导体温度准确度，处于四种不同敷设环境段以及空气中的电缆中都植入了直接接触探测电缆导体温度的针式热电偶，并使用SH540-SDN型温度记录仪进行记录。所述的中压电力电缆上还设置了用来耦合大电流的穿心变压器，模拟高达4000安培的大载流。与现有技术相比，本发明具有以下优点:(I)采用了“嵌入式双光纤补偿”电缆载流测算集成，经过电缆外部环境温度线型补偿和电流数据修正，电缆载流测算系统的电缆导体计算温度非常近似热电偶实测的电缆导体实际温度，误差在±1.5°C范围内；(2)嵌入在中压电缆三相导体中心位置的高导热型温度探测光缆所探测到的电缆导体温度最接近真实值；且对电流负载变化的动态响应快，基本在I小时内能完全感受到导体温度；(3)在同一位置的不同结构的温度探测光缆所探测到的电缆导体温度基本相同。这为下一步采用非金属高导热温度探测光缆提供了技术依据；(4)处于水中敷设的电缆外敷的环境温度探测光缆补偿无效，因为水中的电缆周边环境温度基本相同；(5)处于空气环境中敷设的电缆外敷的环境温度探测光缆的受阳光照射的影响最大，温度补偿修正效果最明显；(6)模拟验证，在相同的载流条件下，排管敷设时电缆导体温升最大(热阻最大)，水中敷设电缆导体温升最小(热阻最小)；在对五种不同敷设环境的电流循环试验中，通过实际测试电缆导体温度其差异是非常大的。在110%同一负载电流下，排管、空气、隧道、直埋和水中导体温度分别为97.20C>82.00C>80.4°C、71.3°C>53.8°C，即使在同一环境下不同位置也有差异。在实际应用的环境下此种情况将更为复杂和严重，由于电缆线路本身性能比较均一，因此，面对不同的环境下控制其最温度高运行温度，将对电缆线路的安全运行提
供重要保障。
图1为对复合电缆加载电流变动图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法，包括以下步骤:(I)将高导热性能的特种温度探测光缆嵌入到中压电力电缆的三相导体的中间和电缆填充层内，并在中压电力电缆的护套的外侧敷设一高导热性能的特种温度探测光缆，分别用于验证探测电缆导体温度的光缆最佳嵌入位置以及探测不同敷设环境电缆径轴向环境温度场的分布，并对电缆安全载流测算结果进行自动补偿修正，其中使用的高导热性能的特种温度探测光缆为与非金属结构探测光缆或非磁金属铠装结构探测光缆，以验证不同结构的温度探测光缆探测电缆导体温度的敏感度；(2)在中压电力电缆上设置热电偶后置于道环境模拟仓、直埋环境模拟仓、水环境模拟仓及穿管环境模拟仓中，控制电缆在模拟仓中的长度为5-7m，为比对嵌入中压电力电缆中的光纤传感系统测试计算导体温度准确度，处于四种不同敷设环境段以及处于空气中的电缆中都植入了直接接触探测电缆导体温度的针式热电偶，并使用SH540-SDN型温度记录仪进行记录；(3)控制电缆中的电流，加载电流变动图如图1所示，负荷电流分别从满载的50%升高至80%，再升高到100%，再升高到110%，降低到80%，最后降至50%，每个过程保持3 至 4h ;(4)利用中压电力电缆上的热电偶监测对电缆的载流热效应，外部敷设的高导热性能的特种温度探测光缆对中压电力电缆的安全载流测算结果进行自动补偿修正，即完成载流热效应监测，另外，在中压电力电缆上还设置了用来耦合大电流的穿心变压器，模拟高达4000安培的大载流。本方法选择奉贤南桥的恒盛佳苑的IOkv开关站作为本项目的示范工程实施相关技术，设计了示范工程的建设方案。(I)将原设计中的二条进站的普通3*400-8.7/15kv的电缆中一条换成了具有光纤温度传感功能和24芯光纤通信功能的OE-(M2+S24)-1-3*400-8.7/15kv新型光纤中压复合智能电缆；(2)利 用光纤温度探测功能，在站内的变压器室、开关柜、电缆沟敷设了用于温度监测和火灾报警的温度探测光缆；(3)利用一台光纤温度探测器，来监控上述电缆温度及站内电力设施温度变化；
(4)通过同时接入中压复合缆上的测温光缆以及欣能公司的电流遥测数据，来测算新型光纤中压复合智能电缆的安全载流量热效应冗余度；(5)利用OE-(M2+S24)-1-3*400-8.7/15kv新型光纤中压复合智能电缆中的24芯通信光纤分别接通35kv变电站和IOkv开关站，作为配变电站间信息通信的备用通道。在本项目的研究中，重点研究了综合应用光纤拉曼散射温度调制效应的光纤传感技术、光纤中压复合电缆技术、以及中压电缆绝缘层温度与导体载流量关系数学模型和光纤宽带通信技术，实现了:(I)应用一套线型光纤感温拉曼探测系统，同时在线监测开关站外敷设的一次电缆载流冗余度和站内电力设施环境温度。并兼有火灾预(报)警功能；提高了系统投资性价比和效益。(2)应用具有温度传感和光纤通信功能的光纤中压复合电力电缆，实现了 35kv站与IOkv开关站间的通信 光纤宽带化功能和光电复合化技术。
权利要求
1.光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)将高导热性能的特种温度探测光缆嵌入到中压电力电缆中，并在中压电力电缆的外部敷设高导热性能的特种温度探测光缆； (2)在中压电力电缆上设置热电偶后置于模拟仓中，控制电缆在模拟仓中的长度为5_7m ； (3)控制电缆中的电流，负荷电流分别从满载的50%升高至80%，再升高到100%，再升高到110%，降低到80 %，最后降至50 %，每个过程保持3至4h ; (4)利用中压电力电缆上的热电偶监测对电缆的载流热效应，外部敷设的高导热性能的特种温度探测光缆对中压电力电缆的安全载流测算结果进行自动补偿修正，即完成载流热效应模拟监测。
2.根据权利要求1所述的光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法，其特征在于，所述的高导热性能的特种温度探测光缆为与非金属结构探测光缆或非磁金属铠装结构探测光缆。
3.根据权利要求1所述的光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法，其特征在于，嵌入到中压电力电缆中的探测光缆设在中压电力电缆的三相导体的中间和电缆填充层内。
4.根据权利要求1所述的光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法，其特征在于，敷设在中压电力电缆外部的温度探测光缆设在中压电力电缆护套的外侧。
5.根据权利要求1所述的光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法，其特征在于，所述的热电偶为针式热电偶，使用SH540-SDN型温度记录仪进行温度记录。
6.根据权利要求1所述的光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法，其特征在于，所述的模拟仓包括隧道环境模拟仓、直埋环境模拟仓、水环境模拟仓及穿管环境模拟仓。
7.根据权利要求1所述的光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法，其特征在于，所述的中压电力电缆上还设置了用来耦合大电流的穿心变压器。
全文摘要
本发明涉及光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法，在中压电力电缆的内部以及外部嵌设及敷设温度探测光缆，在中压电力电缆上设置热电偶后置于模拟仓中，控制电缆在模拟仓中的长度为5-7m，控制电缆中的负荷电流变化，利用中压电力电缆上的热电偶完成对电缆的载流热效应监测。与现有技术相比，本发明具有误差小、响应快、并且适用于不同外界环境等优点，面对不同的环境下控制其最温度高运行温度，将对电缆线路的安全运行提供重要保障。
文档编号G01K17/00GK103226046SQ20121002124
公开日2013年7月31日 申请日期2012年1月30日 优先权日2012年1月30日
发明者胡为进, 李峰, 吴海生, 史济康, 黄家彬, 周利军 申请人:上海市电力公司, 国家电网公司, 上海欧忆智能网络有限公司