[发明专利]电缆线芯温度的间接测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及传输电缆技术领域，特别是一种电缆线芯温度的间接测量方法。

背景技术

在现代城市电力设施建设中，电力电缆作为输电的核心载体已经被大量使用，城市和农村电网中电缆所占的比重也越来越大，实时监测电缆的运行状态并进行安全维护对于生活生产有着重要的意义。此外，电缆检修和更换工程大、代价高，如何确保电缆能够长时间正常工作，延长其运行寿命已经成为电缆技术领域的研究重点。

研究表明，电力电缆的运行寿命主要取决于电缆绝缘层的寿命，而温度对于绝缘层的寿命长短起着关键影响。运行在温度正常的状态之下，绝缘层所受影响并不大，电缆可以长时间工作，但当温度超过一定限度，电缆处于非正常的过热状态下，绝缘层会迅速老化，绝缘性能下降，导致电缆漏电、击穿甚至报废。

由于绝缘层紧贴着电缆的导体线芯，导体线芯又是热流来源，线芯温度即表征了绝缘层所处的最高温度，所以实时获取线芯对于调控电缆负荷，保证其工作在正常状态有着直接的指导价值。当线芯温度过高，接近绝缘层能够承受的极限时，可以适当减小输电电流，削弱线芯的升温过程；当线芯温度较低时，可以适当增加输电电流，充分利用电缆的可用载荷量，提高输电效率。

但是，通过传感器直接测量电缆线芯温度在实际应用中可行性很低，难以广泛实现。一方面，电缆的导体线芯被绝缘层、物理防护层、表皮等层层紧密包裹，要想使得传感器与线芯进行接触，需要对电缆进行剌穿并将温度感应部分埋入其中，这会对电缆造成不可逆的损坏，严重影响其性能和运行寿命；另一方面，即使对电缆线芯进行剌穿测温，也只能限于少数点，无法对整个电缆实现全程覆盖的实时在线状态监测。

鉴于上述情况，一些间接测量电缆线芯温度的方法陆续被提出来，这些方法从不同的角度出发，构建了线芯温度与其他物理量量之间的关系，并通过测量这些变量的值来估算线芯温度。目前，这些方法主要有2类：解析计算方法、仿真模拟数值计算方法。

解析计算方法以IEC标准为代表，根据电缆的结构详细分析每个介质层的结构和热学特征，逆向分析热流传导过程，推算线芯温度。这种方法存在以下缺陷：第一，所规定的计算条件十分苛刻，一般难以很好地满足；第二，需要使用大量如电缆详细结构尺寸、各种材料的热物性参数等既定数据，计算误差较大。

仿真模拟数值计算方法以有限元仿真为代表，根据实际情况建立模型，给定边界条件后划分网格进行数值求解。这种方法存在以下缺陷：第一，针对不同情况需要建立不同模型，普适性低；第二，边界条件设定必须要设定准确，计算过程对其敏感，鲁棒性低；第三，计算量大，需要进行反复的迭代运算。

此外，还有学者尝试利用BP神经网络来构建计算模型，用实际测量得到的数据进行训练和学习，得到一个带有大量权值的网络结构并用以估算。这种方法存在以下缺陷：第一，模型的建立和训练均是依靠一般化方法，没有充分利用现有关于电缆结构和传热的先验知识，结果准确度有限；第二，有依赖关系的输入变量较多，常常含有一些测量难度同样较大的物理量(如电缆周围的环境温度等)。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电缆线芯温度的间接测量方法，具有简单、快速和准确的优点。

本发明提供一种电缆线芯温度的间接测量方法，包括如下步骤：

步骤1：建立一个电缆传热的理论模型；

步骤2：计算理论模型中的模型参数；

步骤3：测量电缆部分参数的运行数据；

步骤4：通过模型参数和测量得到的运行数据计算电缆的线芯温度，完成间接测量。

本发明的有益效果是：

1、将电缆的信息抽象成了简单的几个模型参数，摒弃了对电缆复杂结构的分析和物性参数的计算，方便了线芯温度的计算过程。

2、计算无需外界环境温度，仅基于易于测量的运行电流和电缆表皮温度，实用性强。

3、引入矩阵的广义逆对模型参数进行计算，速度快且结果具有较高的准确度，满足实时监测和实际应用的要求。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图及实施案例对本发明详细说明如后，其中：

图1为本发明间接测量方法的流程图；

图2为电缆的基本热路模型；

图3为本发明间接测量方法中计算理论模型参数的流程图；

图4为本发明实施案例的实验结果，其中虚线表示计算曲线，实线表示实测曲线，2个子图分别对应2组实验。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供的一种电缆线芯温度间接测量方法包括如下步骤：