[发明专利]一种利用电缆负荷电流推算电缆热老化状态的方法

摘要

本发明提供一种利用电缆负荷电流推算电缆热老化状态的方法包括获取电缆敷设类型和环境参数；测得电缆的几何结构参数，读取电缆上述各层相应的热容、热阻以及金属部分的电阻参数，其中环境参数、热容、热阻和电阻参数作为计算参数；根据所述计算参数和电缆群中电缆的几何结构参数，建立电缆群中各电缆的负荷电流与温度之间关系的数学模型，使用实时迭代的方式计算电缆实时温度；根据所得电缆的实时温度推算其热老化累积效应。本发明相较于现有的在线监测方法，能够改进其受干扰大，误报警多的情况；能够对电网系统所有电缆进行实时在线监测，减轻离线测试工作的负担，让运维人员能够有针对性地对高危区域电缆进行检测。

主权项

一种利用电缆负荷电流推算电缆热老化状态的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、根据人工设定的电缆敷设类型，读取相应电缆敷设类型对应的环境参数，所述环境参数包括对流换热系数а、土壤底层温度Tsoil、土壤热阻率ρ、大气实时温度Tamb；步骤二、读取电缆各层几何结构参数，读取电缆上述各层相应的热容、热阻以及金属部分的电阻参数，其中环境参数、热容、热阻和电阻参数作为计算参数；步骤三、根据所述计算参数和电缆群中电缆的几何结构参数，建立电缆群中各电缆的负荷电流与温度之间关系的有限元计算模型，使用实时迭代的方式计算电缆实时温度T(x,y,t)；步骤四、当得到电缆各区域实时温度T(x,y,t)后，通过读取线芯温度Tcore推算目前当前温度下电缆寿命损失系数；所述几何结构参数包括导体直径D、导体屏蔽厚度δ1、绝缘厚度t1、绝缘屏蔽厚度ti2、金属屏蔽厚度ts、内护层厚度t2、铠装厚度δ、外护层厚度t3；所述步骤三具体为：读取电缆各层热容、热阻，通过电阻参数得到热阻系数的倒数‑导热系数D，利用热容存储能力求解热扩散率K，建立电阻参数R和发热量Wc之间关系，电阻参数R和发热量Wc之间的关系如式(1)所示：Wc＝I2R    (1)其中I为电缆负荷电流；电阻参数R在温度不同时其电阻值变化如式(2)(3)所示：R＝R'(1+YS+YP)    (2)R'＝R0(1+a20(θ‑20))   (3)式中：R′——电缆线芯在最高工作温度下单位长度的直流电阻，单位Ω；YS、YP——集肤效应和邻近效应的系数，若无特别说明则为0；R0——电缆线芯在20℃时单位长度的直流电阻，单位Ω；α20——线芯材料以20℃为基准的电阻温度系数；θ——电缆导体的最高工作温度，单位℃；根据所得的发热量Wc得到电缆线芯域面内的内热源发热率qv＝Wc/S0，其中S0为电缆线芯所在区域面积；根据各层结构的几何结构参数建立电缆求解区域S，其所在电缆求解区域S上的一点x,y可得传热公式，如式(4)所示：∂2T∂x2+∂2T∂y2+qvD=K∂T∂t---(4)]]>其中T代表电缆线芯的温度,D为各区域导热系数，K为各区域热扩散率，qv为内热源发热率；根据前述得到的环境参数作为式(4)求解区域S的边界条件，以此作为基础对其进行变分，得到泛函I如式(5)所示：其中，L为区域S的边界；将泛函I在区域S中分割为有限个单元，并将其离散化，得到式(6)：I(T)=Σe=1NEIe=T‾TK‾T‾-2T‾TP‾---(6)]]>其中，为刚度矩阵，为热源密度矩阵，NE为单元个数，最终求解泛函I的极值即可求得电缆各区域实时温度T(x,y,t)；所述步骤四具体为：对于阻燃型粘性浸渍纸、不滴流纸、交联聚乙烯，其相对热老化率如式(7)、(8)、(9)所示：Voil-paper-Loss=2Tcore-606---(7)]]>Vpaper-Loss=2Tcore-656---(8)]]>VXLPE-Loss=2Tcore-906---(9)]]>根据相对热老化率，利用下式计算得到N个时间区间或段(t1‑t2)内绝缘材料的老化寿命损失L为：或