電纜接頭偏心距離測(cè)量電路及方法

王爽 倪超 韋杰 秦逢澤

【摘 要】 本論文公開了一種基于電纜接頭表面溫度反推出電纜是否偏心并且求出偏心距離的方法，首先通過布置電纜接頭一個(gè)截面處的測(cè)溫點(diǎn)陣（本文測(cè)6個(gè)點(diǎn)），得到電纜接頭表面的溫度分布情況，進(jìn)而通過6個(gè)表面溫度反推出6個(gè)導(dǎo)體溫度，計(jì)算其平均值來表征電纜導(dǎo)體溫度，用6個(gè)導(dǎo)體溫度與平均值的差值作為導(dǎo)體是否偏心的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。又根據(jù)表面檢測(cè)溫度點(diǎn)的溫度變化量來定量確定導(dǎo)體偏心的距離，最終可為電纜接頭的運(yùn)行狀況估計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】 電纜偏心 溫度測(cè)量 導(dǎo)體偏心距離

一種基于電力電纜接頭表面溫度測(cè)量反推出電纜是否偏心的方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一，在電纜接頭的一個(gè)橫截面邊界取6個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。各點(diǎn)溫度用表示，其中表示所取的測(cè)溫點(diǎn)編號(hào)，其中；

步驟二，通過電纜分布式熱容的暫態(tài)熱路模型法分別計(jì)算出6個(gè)測(cè)溫點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的6個(gè)導(dǎo)體溫度，將6個(gè)導(dǎo)體溫度取平均值作為電纜不發(fā)生偏心時(shí)導(dǎo)體的溫度；

①通過暫態(tài)熱路模型法計(jì)算出6個(gè)檢測(cè)溫度所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體溫度，其中；

②算出6個(gè)導(dǎo)體溫度平均值作為電纜不發(fā)生偏心時(shí)導(dǎo)體的溫度 ，其中

步驟三，將6個(gè)導(dǎo)體溫度減去得到6個(gè)差值

步驟四，當(dāng)電纜導(dǎo)體偏向一邊時(shí)，那一邊的溫度便會(huì)增大，所以當(dāng)時(shí)，說明電纜導(dǎo)體偏向這一邊，當(dāng)時(shí)，說明電纜導(dǎo)體偏離這一邊。

步驟五，當(dāng)導(dǎo)體偏向一邊時(shí)，熱阻會(huì)減小，而這一側(cè)表面的溫度變化會(huì)增大，所以可根據(jù)表面溫度變化推出熱阻的變化，再由與絕緣厚度的關(guān)系求得絕緣厚度的變化，從而確定偏心距離。

1 技術(shù)領(lǐng)域

本論文涉及一種對(duì)電力電纜接頭偏心距離計(jì)算的電路以及提出了一種測(cè)量電纜電力電纜接頭偏心距離的方法。

2 背景技術(shù)

交聯(lián)聚乙烯電纜（簡(jiǎn)稱交聯(lián)電纜）具有優(yōu)越的電氣性能，良好的熱、機(jī)械性能和敷設(shè)安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛運(yùn)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)已投入運(yùn)行的110kV及以上的高壓電纜線路已經(jīng)超過8000 公里，最高電壓等級(jí)已達(dá)500kV。現(xiàn)代社會(huì)主要的電纜接頭事故率占電纜事故的90%。電纜接頭已成為供電電纜網(wǎng)安全運(yùn)行中的薄弱環(huán)節(jié)之一。引起電纜接頭事故最主要的原因是由于電纜接頭偏心導(dǎo)致溫度過高而燒穿。工藝上原因?yàn)檫B接體內(nèi)導(dǎo)體不等徑，接頭的接觸面過小，導(dǎo)致墊片與接頭的接觸面偏小而造成接頭接觸面上緊力不足，也導(dǎo)致接頭壓力不足，接頭的長(zhǎng)期運(yùn)行造成的過熱，燒穿絕緣等現(xiàn)象容易引發(fā)火災(zāi)。因此，有效地對(duì)電纜接頭偏心檢測(cè)進(jìn)行監(jiān)測(cè)將對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行有重要意義。

3 具體實(shí)施方式

3.1 通過電纜接頭表面溫度反推出電纜導(dǎo)體溫度

先建立電纜接頭暫態(tài)熱路簡(jiǎn)化模型，如圖1。

為計(jì)入介質(zhì)損耗及護(hù)套損耗后的等效電纜導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的熱流；為導(dǎo)體的熱容；為以絕緣層為主的電纜導(dǎo)體到溫度檢測(cè)點(diǎn)之間各層熱容的總和；為以護(hù)套層為主的溫度檢測(cè)點(diǎn)到外界環(huán)境之間的熱容；為絕緣層為主的導(dǎo)體到溫度檢測(cè)點(diǎn)之間的熱阻；為護(hù)套層為主的檢測(cè)點(diǎn)到外界環(huán)境之間的熱阻；是導(dǎo)體的溫度；是檢測(cè)點(diǎn)的溫度值；是環(huán)境的溫度值。采用疊加原理求解電纜接頭暫態(tài)過程的溫升，由于實(shí)際環(huán)境溫度的變化幅度有限、變化速度也比較緩慢，其引起的暫態(tài)溫升可以用穩(wěn)態(tài)值來取代，即近似認(rèn)為：（1）式中分別為電纜電流單獨(dú)作用時(shí)導(dǎo)體暫態(tài)溫升和溫度檢測(cè)點(diǎn)的暫態(tài)溫升。

將連續(xù)變化的電纜電流近似為階躍變化，則兩次階躍之間（令起始刻為，終止時(shí)刻為）電纜接頭的暫態(tài)溫升可以采用如圖2 所示的運(yùn)算電路來求解。

由拉普拉斯變換和反變換可知，電纜接頭溫度場(chǎng)分布在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過渡過程都滿足以下關(guān)系：（2）式中，所以最終可以得到電纜導(dǎo)體的溫度計(jì)算公式為： （3）

3.2 定量計(jì)算導(dǎo)體的偏心距離

由公式（3）可知檢測(cè)點(diǎn)溫度與（絕緣層為主的導(dǎo)體到溫度檢測(cè)點(diǎn)之間的熱阻）成反比關(guān)系，即當(dāng)導(dǎo)體偏向一邊時(shí)，這一邊的導(dǎo)體到表面檢測(cè)點(diǎn)的距離減小，所以減小，而這一側(cè)的表面溫度變化會(huì)增大，即增大。

所以當(dāng)其他量不變時(shí)，將表面溫度變化代入公式（3）可以求出熱阻的變化量，所以可得變化后的熱阻為（為導(dǎo)體未偏心時(shí)的熱阻），又根據(jù)熱阻與導(dǎo)體和金屬套之間的絕緣厚度的關(guān)系（4）（由參考文獻(xiàn)得）可以求得絕緣厚度的變化量，即導(dǎo)體向這一側(cè)偏心了多少距離。所以算出導(dǎo)體的偏心距離為：