新型高壓電力電纜本體溫度監(jiān)測技術(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證

新型高壓電力電纜本體溫度監(jiān)測技術(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測量電纜導(dǎo)體運(yùn)行溫度是電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測非常重要的參數(shù)之一，目前運(yùn)行電纜溫度測量主要運(yùn)用分布式光纖測溫技術(shù)，通過理論計(jì)算，推算出導(dǎo)體溫度，但電纜敷設(shè)環(huán)境非常復(fù)雜，現(xiàn)有測溫技術(shù)受復(fù)雜環(huán)境影響后很難準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測量電纜導(dǎo)體運(yùn)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(shù)，并對該技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，該技術(shù)可以精確測量運(yùn)行電纜導(dǎo)體的實(shí)時(shí)溫度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行時(shí)的故障隱患。標(biāo)簽：電纜本體，溫度檢測，在線監(jiān)測，電磁感應(yīng)，無線能量傳輸0.引言目前電力電纜已經(jīng)成為城市電力網(wǎng)架的主要組成部分，同時(shí)也對電網(wǎng)的管理模式提出更高的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電纜運(yùn)行故障更多表現(xiàn)在電纜接頭故障，電纜在極端天氣、大電流條件下運(yùn)行時(shí)接頭內(nèi)溫度較高，絕緣材料加速熱老化，并導(dǎo)致接頭絕緣破壞而引發(fā)故障。若對接頭內(nèi)部導(dǎo)體運(yùn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以有效減少電纜接頭故障，同時(shí)通過測量接頭內(nèi)部導(dǎo)體運(yùn)行溫度，可以計(jì)算電纜的動(dòng)態(tài)載流量，使電力調(diào)度部門可以隨時(shí)調(diào)整電纜線路負(fù)荷，保障電纜線路應(yīng)急過負(fù)荷的安全運(yùn)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(tǒng)（DTS），該技術(shù)主要通過在電纜外護(hù)套表面敷設(shè)光纖，對電纜外護(hù)套進(jìn)行溫度測量，通過熱阻平衡等模型算法來等效電纜導(dǎo)體溫度［1］［2］，由于電纜敷設(shè)環(huán)境非常復(fù)雜，加上熱傳導(dǎo)對表面溫度的時(shí)差影響，很難實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測電纜運(yùn)行導(dǎo)體溫度［3］。本文介紹一種新型電纜接頭內(nèi)導(dǎo)體運(yùn)行溫度直接測量技術(shù)，并通過多次、多點(diǎn)試驗(yàn)，進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析比較，驗(yàn)證該方法的安全性和有效性。溫度直接測量技術(shù)是將測溫模塊直接植入電纜接頭導(dǎo)體部位，利用接觸式溫度傳感器直接測量導(dǎo)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(nèi)置測溫傳感器傳輸能量［4］，同時(shí)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(yùn)行。1.試驗(yàn)方法1.1測溫裝置安裝將內(nèi)置測溫模塊植入到110kV電纜中間接頭屏蔽管內(nèi)部等電位處，測溫?zé)犭娕继筋^與接頭屏蔽管的等電位線一同固定在導(dǎo)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(nèi)置測溫模塊方法與植入式光纖測溫技術(shù)相比較，內(nèi)置測溫模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝方法，不改變電纜接頭原有的安裝工藝及電氣結(jié)構(gòu)，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(yùn)行中的安全性。內(nèi)置測溫模塊的實(shí)際結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，植入內(nèi)置測溫模塊和外置測溫通訊天線的接頭實(shí)際結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。2試驗(yàn)內(nèi)容和結(jié)果2.1局部放電試驗(yàn)試驗(yàn)電壓逐步升至112kV，保持10s后緩慢的降至96kV，并在此電壓下按GB/T3048.12和IEC60885-3規(guī)定進(jìn)行局部放電試驗(yàn)。室溫局部放電試驗(yàn)在環(huán)境溫度下進(jìn)行，高溫局部放電試驗(yàn)在導(dǎo)體溫度為（95?100）°C下進(jìn)行，本次試驗(yàn)背景噪聲為1.7pC。從圖3可以看出，沒有超過背景的放電，說明內(nèi)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(huán)電壓試驗(yàn)按GB/T11017.3規(guī)定，對試驗(yàn)回路施加加熱電流，加熱至少8h，自然冷卻至少16h，為一個(gè)周期，每一個(gè)加熱周期的最后至少保持電纜導(dǎo)體溫度在（95?100）C溫度范圍內(nèi)2h，共進(jìn)行20次循環(huán)。在整個(gè)循環(huán)試驗(yàn)期間，試驗(yàn)回路連續(xù)施加128kV交流電壓，內(nèi)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(huán)電壓試驗(yàn)，這表明，內(nèi)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(yàn)及隨后的工頻電壓試驗(yàn)將組合試樣中的電纜導(dǎo)體加熱至（95?100）C，按GB/T3048.13規(guī)定進(jìn)行雷電沖擊電壓試驗(yàn)。雷電沖擊電壓試驗(yàn)后，在室溫下進(jìn)行工頻電壓試驗(yàn)，為正極性的第一，和第十次，負(fù)極性的第一次和第十次。內(nèi)置測溫模塊植入到110kV電纜中間接頭后，順利通過了550kV正負(fù)極性各10次的雷電沖擊電壓試驗(yàn)和15分鐘、160kV的工頻電壓試驗(yàn)，這表明，內(nèi)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/ZTW003-2012中5.3.2規(guī)定，加熱介質(zhì)水至100C，將經(jīng)過校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)測溫儀與本次送檢內(nèi)置元件的測溫探頭放在介質(zhì)水中進(jìn)行測溫對比，記錄介質(zhì)水冷卻過程的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的溫度數(shù)據(jù)和內(nèi)置測溫元件的測溫探頭的測溫?cái)?shù)據(jù)，比較20次以上測溫?cái)?shù)據(jù)，繪制30C?100C溫度曲線，結(jié)果表明，內(nèi)置測溫元件測溫探頭測量的溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測量的溫度，測溫誤差為±0.5C，表明內(nèi)置測溫模塊的測溫精度比較高。2.5高溫性能試驗(yàn)按110kV電纜中間接頭型式試驗(yàn)，需要進(jìn)行20次熱循環(huán)試驗(yàn)，熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，測溫傳感器植入部件所在環(huán)境溫度可能約110°C左右，并持續(xù)2小時(shí)，為了驗(yàn)證內(nèi)置測溫模塊經(jīng)受高溫后，是否能正常測溫，按Q/ZTW003-2012中5.5.2規(guī)定，將內(nèi)置測溫模塊放入250C烘箱10分鐘后取出，結(jié)果表明，內(nèi)置測溫模塊仍能精確測量溫度，這表明高溫不會影響內(nèi)置測溫模塊的精確測量。2.7溫度曲線分析試驗(yàn)過程，設(shè)定內(nèi)部溫度測量的采樣頻率為1分鐘一次，進(jìn)行了20個(gè)熱循環(huán)試驗(yàn)，取得了數(shù)萬個(gè)測量數(shù)據(jù)。試驗(yàn)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(gè)電纜接頭內(nèi)導(dǎo)體溫度與模擬測溫回路電纜導(dǎo)體溫度進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)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(gè)接頭內(nèi)部導(dǎo)體的溫度變化和模擬測溫回路電纜導(dǎo)體溫度響應(yīng)時(shí)間同步，變化趨勢一致，驗(yàn)證了植入式電纜導(dǎo)芯溫度測量技術(shù)的真實(shí)性和有效性。主回路3個(gè)接頭內(nèi)部導(dǎo)體的溫度比模擬測溫回路電纜導(dǎo)體溫度高約5C?12C，這是由于主回路的接頭內(nèi)導(dǎo)體和模擬測溫回路導(dǎo)體的散熱條件差異引起的。3結(jié)論通過上述試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：新型高壓電纜本體測溫技術(shù)對電纜運(yùn)行沒有任何影響，同時(shí)在復(fù)雜環(huán)境下溫度測量真實(shí)有效。通過試驗(yàn)本技術(shù)所測得溫度與試驗(yàn)電纜本體溫度趨勢一致且差值不超過1C，驗(yàn)證了本技術(shù)的測量精度較高。安裝便捷，在電纜附件安裝過程中植入內(nèi)置測溫模塊，安裝工藝同電纜附件安裝工藝。參考文獻(xiàn).羅俊華等，電力電纜線路運(yùn)行溫度在線檢測技術(shù)應(yīng)用研究.高電壓技術(shù)，2007.33(1)：第169-172頁..王學(xué)軍與王浩川，高壓電力電纜接頭溫度無線檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).核電子學(xué)與探測技術(shù)，2009.29(4)：第887-891頁.牛海清，周鑫，王曉兵，等.外皮溫度監(jiān)測的單芯電纜暫態(tài)溫度計(jì)算