[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

说明书

技术领域

本发明涉及高电压与绝缘技术领域，具体是一种利用电缆负荷电流推算电缆热老化状态的方法。

背景技术

电缆在长期运行过程中会因负荷电流电流产生的温度作用下导致XLPE绝缘层出现热老化的情况。随着运行时间增加，电缆热老化程度会出现累积效应，造成绝缘性能逐步下降，若不及时对其进行评估和监测，最终有很大概率出现电缆本体击穿的情况，导致恶性停电事故的发生。

现有电缆的在线监测手段已经有了较为广泛的应用，但主要手段均依靠监测各类微弱电流的变化来判定其绝缘状态。这种采集微弱电流的方式由于现场各类电磁干扰，系统采集得到的电流不够准确，导致经常出现系统误报的情况；同时新装相关在线监测设备不仅相对麻烦、费用高，还有一定的设备可靠性的问题。从一线调度和维护人员的反馈来看，在线监测手段还需要进一步加强与改进。

离线(停电)检测相比于在线监测手段，能够更加排除过多干扰，测试结果更准确。然而，一个省会级别城市输配电缆用量基本都在8000km以上，特大城市电缆用量更多，若采用传统离线诊断手段对其全部进行定期检测工作量过于巨大，在实践后发现中难以执行，因此实际使用中只能针对部分重点线路进行测试，覆盖面有限。

针对这一现状，电力系统亟需一种实时监测电缆热老化状态的方法，能够基于现有负荷电流管理系统计算电缆热老化的累积效应，实现绝缘状态的基础监控。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用电缆负荷电流推算电缆热老化状态的方法，由于仅需接入现有负荷电流监测系统，因此其方法简单；通过监测所有电缆的负荷电流，无需人工监测，能够有效减轻现场工作人员的负担；利用现有负荷电流监测系统的准确性和可靠性，针对性改进了现有电缆在线监测技术的误报警频率高的缺点。

一种利用电缆负荷电流推算电缆热老化状态的方法，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T_soil、土壤热阻率ρ、大气实时温度T_amb；

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T_core推算目前当前温度下电缆寿命损失系数。

进一步的，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t_i2、金属屏蔽厚度t_s、内护层厚度t₂、铠装厚度δ、外护层厚度t₃。

进一步的，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+Y_S+Y_P)(2)

R'＝R₀(1+α₂₀(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；

Y_S、Y_P——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q_v＝Wc/S₀，其中S₀为电缆线芯所在区域面积；