[发明专利]一种电缆导体温度间接测量方法

摘要

一种电缆导体温度间接测量方法，在电缆外表皮选取测量点E，电缆通流后用温度传感器采集E点的温度值，得到测量点温度测量值集Tm(t)；建立电缆温度场有限元模型，对电缆温度场进行分析计算，得到E点温度计算值TE；通过对E点温度实测值Tm(t)与计算值TE之间的误差进行处理，对温度场模型中的初始热参数进行修正；用修正后的热参数代替原先的初始热参数载入到有限元热模型中，从而获取表面温度和导体温度的对应关系表，测量到表面温度后利用查表方式得到导体温度。本发明通过对电缆内部材料的热参数进行辨识从而校正电缆的温度场模型，在校正后的温度场模型基础上得到正确的表面温度与导体温度的对应关系，从而通过对表面温度的测量间接得出导体温度。

主权项

1.一种电缆导体温度间接测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、在电缆外表皮选取测量点E，电缆通流后用温度传感器采集E点的温度值，得到测量点温度测量值集Tm(t)；步骤2、根据电缆的结构参数、初始热参数、实测时电缆的载荷值和所处环境建立电缆温度场有限元模型，对电缆温度场进行分析计算，得到E点温度计算值TE；电缆温度场计算包括以下步骤：2.1、根据结构参数G对电缆进行几何建模；2.2、指定电缆内部不同材料的初始热参数x0，包括材料热传导率、密度、比热容；2.3、对几何模型进行网格划分；2.4、指定热载荷:负荷电流I、初始温度T0和边界条件B:边界对流换热系数和环境温度；2.5、求解计算电缆的温度场并提取E点的温度计算值；步骤3、通过对E点温度实测值Tm(t)与计算值TE之间的误差进行处理，对温度场模型中的初始热参数进行修正；对温度场模型中的初始热参数进行修正的过程为：3.1、基于计算值与实测值的目标函数的构建：电缆的瞬态热特性取决于以下5个参数：1)负荷电流I；2)初始温度T0；3)电缆表面的边界条件B；4)电缆结构参数G；5)电缆材料的热参数x；所以，E的温度计算值TE的函数表达式可表达为TE＝f(I,T0,B,G,x)，式子f表明TE是输入变量组I,T0,B,G,x非线性映射的输出结果；TE函数表达式的输入变量组中除热参数x之外另外4个参数T0，B，G，I都视为常数，则E的温度计算值TE视为热参数x的映射，记为TE＝TE(t,x)；式中x即为热参数，t为时间；结合E点的测量点温度测量值集T_m(t)来构造目标函数F，以拟合出热参数集合x中所有元素的真实值，目标函数式中，X为所有热参数集合，X＝(x₁,x₂,…,x_n)；N是实测值总数；⊿t测量时间间隔，⊿t＝TD/N，其中TD为测量时间；3.2、以所述目标函数取得全局最小值为停止条件，通过最速下降法进行迭代求解，得到热参数的修正值x*，具体步骤如下：3.2.1、以初始热参数x0作为初点，设置允许误差ε＝0.1，置k＝1；3.2.2、计算搜索方向d^(k)，其中：式中，目标函数F相对X中的第j个参数x_j的偏微分可由式(1)求得：其中TE(j△t,x)相对xj的偏微分由式(2)求得：式中：xe＝(x1,x2,…,xj+ε,…,xn)；xd＝(x1,x2,…,xj‑ε, … ,xn)；TE(j△t,xe)和TE(j△t,xd)的值由将xe与xd代入有限元热模型中进行温度场计算得到；3.2.3、若||d(k)‖≤ε，停止计算，输出x(k)作为修正值x*；否则，从x(k)出发，沿d(k)进行一维搜索，求λk，使得：式中：λk是从x(k)出发沿方向d(k)进行一维搜索的步长；3.2.4、令x(k+1)＝x(k)+λkd(k)，置k＝k+1，转步骤3.2.2；步骤4、用修正后的热参数代替原先的初始热参数载入到有限元热模型中，在此模型的基础上进行温度场计算，从而获取不同载荷、边界条件下的表面温度和导体温度的对应关系表，测量到表面温度后利用查表方式得到导体温度。