[发明专利]复合光纤的高压电力电缆

说明书

技术领域

本发明涉及电缆，特别是涉及一种在电缆内设置有探测光纤的高 压电力电缆。

背景技术

为保证高压地下电缆系统的安全运行，电力部门需要对其进行在 线监测。在线监测的主要内容包括负荷监测和故障监测两个方面。

电缆负荷能力的约束条件主要来自电缆和电缆附件制造材料允许的 工作温度极限。例如，对于XLPE电缆，电缆导体的温度，也就是临近 导体的XLPE的温度，通常规定不可超过85℃或90℃。在电缆和电缆系 统设计时，就是主要按照导体温度限制来完成负荷能力设计的。电缆 系统的负荷能力通常按照IEC60287和IEC853标准设计。这些标准假设 负荷电流是恒定的或基本按照一个日负荷曲线样式变化，并假设周围 环境条件是确定的。为保证设计安全，所假设的条件往往取极端情 况，导致电缆系统实际运行负载低、资产利用不足的可能。事实上， 由于电缆的电气相互影响和传热学问题的复杂性，上述标准不可能为 比较复杂的敷设环境中(特别是多回路)的电缆提供可靠和精确的解。 对电缆温度进行在线检测，提供一个解决该问题的途径，导体温度是 非常重要的，可直接作为负荷监测的关键指标。

实际运行电缆系统的周围环境条件是复杂的，而且其状态有可能会 发生迁移，具有高度的不确定性，因此不检测电缆全长的温度分布无 法可靠地判断出电缆温度最高点。电缆温度最高点也是事实上的负荷 瓶颈点。更复杂的一种实际情况是，在同一根电缆上的瓶颈点的位置 是变化的，在一个时间段内，同一根电缆可能出现多个瓶颈点。

现有技术中对电缆在线负荷监测通常采用分布式光纤温度传感 (Distributed Temperature Sensor缩写为DTS)的方式。利用DTS 技术，可以检测到一根长达几千米到几十千米光纤的温度分布，采样 点距离可达到1到2米。将该测温光纤沿电缆轴向布置，则可以获得电 缆的轴向温度分布。通常认为，由于高压电缆的导体处于高压电势， 由完整性不容破坏的绝缘层包裹，无法将光纤布置在导体上或内部并 引出到处于地电势的外部。所以利用DTS技术直接测量导体温度是不 可行的。

目前通常测量导体温度的方法主要有两种：

1、外置式：将容纳测温光纤的光缆布置在电缆表面；

2、内置式：在电缆制造阶段，将测温光纤或光缆加入到电缆绝缘 层外的某层或某两层之间，典型地在半导体绝缘屏蔽外、金属套内。

上述两种方法测量的温度虽然不是电缆的导体温度，但仍然具有 重要的参考价值。以测温光纤为外边界，对电缆建立传热偏微分方程 模型，持续输入实时负荷电流和实时光纤温度，可计算输出实时导体 温度。韩国专利公开号2003-45864揭示了一种在电缆中设置一温度测 量光纤用于计算地下电力电缆导体温度的系统。

详细来讲，外置式的测温光纤对于电缆隧道中的电缆和在回填土 方前的直埋电缆，可以由人工采用绑扎或粘合的方法将光缆固定在电 缆表面。但对于排管方式敷设的电缆，光缆通常在电缆穿管完毕后再 牵引入排管中。这时，光缆不太可能像上述情况中紧密地接触电缆表 面，部分光缆可能接触了电缆表面，部分则可能没有接触到电缆而悬 空在排管中的介质中。这将使模型引入不确定的因素，导致较大的计 算误差。

中国专利公开号CN1624812A、日本专利公开号1990-144810、 1994-148001、1994-181013、1994-181014和1994-181015揭示了多种 复合光纤的高压电力电缆，它们都是将光缆布置在电缆绝缘层和护套 之间，属于内置式。在内置式方法中，光缆非常一致地处于电缆绝缘 外的某一层，解决了上述外置式的问题，但必须处理电缆接头处光纤 的连接问题，这使电缆接头安装过程变得复杂。通常要采用一根跳线 光缆，两个熔接点，分别和两根电缆的光纤抽头熔接。也就是说，为 了监测一根电缆的温度分布，测温光纤上熔接点的数量至少是电缆接 头数量的两倍。对于较长的电缆，光纤熔接点的数量可能太多。光纤 熔接点有一定的损耗和不可靠性，对DTS测温造成负面影响。内置式 的另一个显著的缺点是，由于光纤所处的位置，在电缆在制造、盘 卷、运输、安装和运行阶段有可能受到张力。而光纤的机械强度很 低，一旦损坏又无法维修。因此对光纤的保护设计、制造和施工都提 出了较高的要求。