新型高壓電力電纜本體溫度監測技術的試驗驗證

張四維 范文政

摘要：實時準確的測量電纜導體運行溫度是電纜運行狀態監測非常重要的參數之一，目前運行電纜溫度測量主要運用分布式光纖測溫技術，通過理論計算，推算出導體溫度，但電纜敷設環境非常復雜，現有測溫技術受復雜環境影響后很難準確實時測量電纜導體運行溫度。本文介紹一種新型電纜接頭本體溫度直接測量技術，并對該技術進行了試驗驗證，該技術可以精確測量運行電纜導體的實時溫度，及時發現電纜運行時的故障隱患。

關鍵詞：電纜本體，溫度檢測，在線監測，電磁感應，無線能量傳輸

0.引言

目前電力電纜已經成為城市電力網架的主要組成部分，同時也對電網的管理模式提出更高的要求。據統計，電纜運行故障更多表現在電纜接頭故障，電纜在極端天氣、大電流條件下運行時接頭內溫度較高，絕緣材料加速熱老化，并導致接頭絕緣破壞而引發故障。若對接頭內部導體運行溫度實時監測，可以有效減少電纜接頭故障，同時通過測量接頭內部導體運行溫度，可以計算電纜的動態載流量，使電力調度部門可以隨時調整電纜線路負荷，保障電纜線路應急過負荷的安全運行，提高電纜線路的利用率。

目前電纜測溫主要采用電纜分布式光纖測溫系統（DTS），該技術主要通過在電纜外護套表面敷設光纖，對電纜外護套進行溫度測量，通過熱阻平衡等模型算法來等效電纜導體溫度[1][2]，由于電纜敷設環境非常復雜，加上熱傳導對表面溫度的時差影響，很難實時有效的監測電纜運行導體溫度[3]。

本文介紹一種新型電纜接頭內導體運行溫度直接測量技術，并通過多次、多點試驗，進行大量的數據分析比較，驗證該方法的安全性和有效性。溫度直接測量技術是將測溫模塊直接植入電纜接頭導體部位，利用接觸式溫度傳感器直接測量導體溫度，在電

纜接頭橡膠絕緣件外部的零電位處，安裝測溫天線，通過電磁耦合的方式為內置測溫傳感器傳輸能量[4]，同時讀取精確的電纜溫度值，從而保證電纜和測量裝置的安全運行。

1.試驗方法

1.1 測溫裝置安裝

將內置測溫模塊植入到110kV電纜中間接頭屏蔽管內部等電位處，測溫熱電偶探頭與接頭屏蔽管的等電位線一同固定在導體銅屏蔽管上，在安裝電纜接頭的過程中，同步完成測溫模塊的安裝。內置測溫模塊方法與植入式光纖測溫技術相比較，內置測溫模塊的結構設計和安裝方法，不改變電纜接頭原有的安裝工藝及電氣結構，在高低電位之間沒有形成放電通道，可以保證電纜接頭在運行中的安全性。

內置測溫模塊的實際結構圖如圖1所示，植入內置測溫模塊和外置測溫通訊天線的接頭實際結構圖如圖2所示。

2 試驗內容和結果

2.1? 局部放電試驗

試驗電壓逐步升至 112 kV，保持 10 s 后緩慢的降至 96 kV，并在此電壓下按 GB/T 3048.12 和IEC 60885-3 規定進行局部放電試驗。室溫局部放電試驗在環境溫度下進行，高溫局部放電試驗在導體溫度為 （95～100） ℃ 下進行，本次試驗背景噪聲為 1.7 pC。

從圖3可以看出，沒有超過背景的放電，說明內置測溫模塊植入到110kV電纜中間接頭后，沒有影響接頭的局部放電性能。

2.2? 熱循環電壓試驗

按 GB/T 11017.3 規定，對試驗回路施加加熱電流，加熱至少 8 h，自然冷卻至少 16 h，為一個周期，每一個加熱周期的最后至少保持電纜導體溫度在 （95～100） ℃ 溫度范圍內 2 h，共進行 20 次循環。在整個循環試驗期間，試驗回路連續施加 128 kV 交流電壓，內置測溫模塊植入到110kV電纜中間接頭后，該接頭順利通過了熱循環電壓試驗，這表明，內置測溫模塊的植入沒有影響電纜中間接頭的工頻耐電性能。

2.3? 雷電沖擊電壓試驗及隨后的工頻電壓試驗

將組合試樣中的電纜導體加熱至 （95～100）℃，按 GB/T 3048.13 規定進行雷電沖擊電壓試驗。雷電沖擊電壓試驗后，在室溫下進行工頻電壓試驗，為正極性的第一，和第十次，負極性的第一次和第十次。內置測溫模塊植入到110kV電纜中間接頭后，順利通過了550kV正負極性各10次的雷電沖擊電壓試驗和15 分鐘、160kV的工頻電壓試驗，這表明，內置測溫模塊的植入沒有影響電纜中間接頭的耐雷電沖擊性能

2.4 測溫精度測試

按Q/ZTW 003-2012中5.3.2規定，加熱介質水至100℃，將經過校驗的標準測溫儀與本次送檢內置元件的測溫探頭放在介質水中進行測溫對比，記錄介質水冷卻過程的標準溫度計的溫度數據和內置測溫元件的測溫探頭的測溫數據，比較20次以上測溫數據，繪制30℃～100℃溫度曲線，結果表明，內置測溫元件測溫探頭測量的溫度與標準溫度計測量的溫度，測溫誤差為±0.5 ℃，表明內置測溫模塊的測溫精度比較高。

2.5? 高溫性能試驗

按110kV電纜中間接頭型式試驗，需要進行20次熱循環試驗，熱循環試驗時，測溫傳感器植入部件所在環境溫度可能約110℃ 左右，并持續2小時，為了驗證內置測溫模塊經受高溫后，是否能正常測溫，按Q/ZTW 003-2012中5.5.2規定，將內置測溫模塊放入250℃烘箱10分鐘后取出， 結果表明，內置測溫模塊仍能精確測量溫度，這表明高溫不會影響內置測溫模塊的精確測量。

2.7 溫度曲線分析

試驗過程，設定內部溫度測量的采樣頻率為1分鐘一次， 進行了20個熱循環試驗，取得了數萬個測量數據。試驗是在主回路和模擬測溫回路加載相同電流情況下，將主回路測量的3個電纜接頭內導體溫度與模擬測溫回路電纜導體溫度進行對比，發現主回路和模擬測溫回路加載電流的相同的情況下，主回路3個接頭內部導體的溫度變化和模擬測溫回路電纜導體溫度響應時間同步，變化趨勢一致，驗證了植入式電纜導芯溫度測量技術的真實性和有效性。

主回路3個接頭內部導體的溫度比模擬測溫回路電纜導體溫度高約5℃～12℃，這是由于主回路的接頭內導體和模擬測溫回路導體的散熱條件差異引起的。

3 結論

通過上述試驗，得出以下結論：

1）新型高壓電纜本體測溫技術對電纜運行沒有任何影響，同時在復雜環境下溫度測量真實有效。

2）通過試驗本技術所測得溫度與試驗電纜本體溫度趨勢一致且差值不超過1℃，驗證了本技術的測量精度較高。

3）安裝便捷，在電纜附件安裝過程中植入內置測溫模塊，安裝工藝同電纜附件安裝工藝。

參考文獻

[1].羅俊華等， 電力電纜線路運行溫度在線檢測技術應用研究. 高電壓技術， 2007. 33（1）： 第169-172頁.

[2].王學軍與王浩川， 高壓電力電纜接頭溫度無線檢測控制系統設計. 核電子學與探測技術， 2009. 29（4）： 第887-891頁.

[3]牛海清，周鑫，王曉兵，等.外皮溫度監測的單芯電纜暫態溫度計算與試驗[J].高電壓技術，2009，35（9）：2138-2143.

[4]楊慶新，陳海燕，徐桂芝，等.無接觸電能傳輸技術的研究進展[J].電工技術學報，

[5]羅俊華，周作春，李華春，等.電力電纜線路運行溫度在線檢測技術應用研究[J].高電壓技術，2007，33（1）：169-172.