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摘要：在电能的传输过程中，电力电缆作为主要载体而被广泛的使用，为了给电缆附件的故障监测和负荷管理提供了全面而有效的解决方案，本文提出了一种基于动态载流量模型和分布式光纤测温技术的电缆动态载流量监测方法，该监测方法可以实时监测长距离电力电缆表面的温度，结合电缆结构和实时电流，计算出电缆线芯温度，进一步推算出动态载流量，可以保障电力电缆的安全，提高电网资产利用率。
关键字：电力电缆; 载流量; 在线监测
随着电气设备容量的扩大和社会对电力需求的日益增长，电力系统中电力电缆的应用越来越多，对电缆的可靠性要求也不断提高。对电力电缆的剩余负荷能力进行在线连续监测，可以为电力系统调度人员提供关于电缆可利用负载能力的信息这样可以帮助系统调度人员在未来的负荷分配时做出更合理的决策。本文提出了一种基于动态载流量模型和分布式光纤测温技术的电缆动态载流量监测方法，该监测方法可以实时监测长距离电力电缆表面的温度，结合电缆结构和实时电流，计算出电缆线芯温度，进一步推算出动态载流量，可以保障电力电缆的安全，提高电网资产利用率。
1 电缆载流量研究现状
随着负荷需求的快速增长，直埋、排管、沟道内电缆敷设回路数量也随之增加；城市地下环境中可能存在各种人工热源和其他不确定性影响因素，确定电缆的有效载流量变得愈来愈重要，但同时也使得传统的计算方法变得更复杂和不可靠。
电缆额定载流量的计算公式是国际电工委员会(IEC)根据国际大电网会议1964年的报告与1982年所制定的电缆额定载流量计算标准。随后对该标准经过20多年的修改和增补，形成了现在的IEC60287标准。但是IEC60287只是对一般的简单的运行状态的载流量可以进行理论计算。根据实际情况某些参数的取值未作规定，如：①与电缆结构材料有关的参数，例如绝缘材料的热阻系数，只给出代表性数值。②与环境条件有关的参数，其值可能变化范围很大，取决于电缆敷设现场的条件和状况。③来自于制造厂和用户之间协商的参数，包括安全裕度和运行状况(例如最高导体温度)。
这些参数有的与电缆所用材料有关，尤其是新材料的热阻系数需要通过测试求得。此外，对于直接埋地、管道、沟道或钢管中敷设的电缆，鉴于土壤的水分迁移而引起土壤干燥，其热阻稀疏发生巨大变化，因此必须进行电缆载流量的在线监测。
2动态载流量监测系统结构
动态载流量监测是一套基于动态载流量模型和分布式光纤测温技术的电缆监测单元，该系统采用分布式光纤传感器实时检测各相电缆全长范围内的电缆表面温度，结合电缆结构和实时电流，计算出电缆线芯温度，进一步推算出动态载流量并模拟各种运行状态。模型包括了多态环境的考虑，可以适应复杂环境中的应用，监测电缆的温度异常和负荷安全水平，在发生危险和潜在危险时，发出报警。该系统的结构如图1所示，主要由测温主机、测温光纤、上位工控机以及后台动态载流量分析软件组成。
图1 动态载流量监测单元构成示意图
3动态载流量在线监测系统功能
动态载流量在线监测系统具备以下功能：（1）提供全局视图：可呈现监测所有回路的布局图、各回路当前值以及报警指标；（2）电缆结构按需建模：系统算法符合IEC相关标准，可以根据用户的实际电缆结构参数和敷设情况建立电缆结构模型，提供精确的算法；（3）电缆静态载流量模型建模：根据电缆结构、边界温度、周边环境等为基准建立电缆静态载流量模型，可用来校验DCR模型参数和电缆厂商/电缆系统设计师的参数的一致性；（4）电缆多层温度细节展现：可分别显示电缆上各点当前的导体温度、表面温度、边界温度，瓶颈点空间位置等详细信息，并分别以文字及图形方式展现在界面上，方便用户直观查看；（5）动态载流量曲线展现：可显示电缆上任意一点以时间为横坐标的导体温度、表面温度变化情况，提供三个时间尺度的分布式曲线形式展现给用户，并可同时显示此位置点负荷电流的情况；（6）短时许用电流计算：系统可由动态载流量模型计算出短时许用电流，供用户进行电缆负荷调度；（7）在事件发生时，发出声光提示：要求主界面给出报警事件提示对话框或其他显著的提示方法，根据事件等级发出不同的警铃声；（8）温度细节放大显示：可按照用户鼠标选定显示局部温度细节。可同时呈现多至20个实时图形窗口，实时显示线路上的温度变化的分布曲线，计算变化的时间步长分别为日、小时和设备实时周期；（9）报警阈值在线设置：可在线设置区域报警触发值，根据用户需求设定不同区域不同的报警触发值；（10）历史事件显示：可在操作界面中点击查看历史事件列表，历史数据现有配置可保存>10年的数据，利用保存的测量数据对电缆的历史运行情况进行分析，能及时发现问题，防患于未然；（11）计算和报警数据回写数据库：根据集成商的给定的数据地址，实时将计算的各回电缆导体温度、短时应急负荷和报警信息回写入数据库；（12）系统软件授权管理，安全可靠，用户可以对系统今后的升级和维护进行更新，系统具备安全记录功能，可储存系统运行以来的所有历史数据，并可使用便携式计算机下载有关数据。
4 结语
本文提出了一种基于动态载流量模型和分布式光纤测温技术的电缆动态载流量监测方法，该监测方法，可以实时监测长距离输电线路表面的温度，计算导体温度和载流量，为输电线路和电缆附件的故障监测和负荷管理提供了全面而有效的解决方案，保障了输电线路的安全，并提高电网资产利用率，发现潜在故障，实现预防性维护。
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论文作者:万树伟,秦煜森,黄帆,杨孟,陈浩
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/16
标签：电缆论文; 流量论文; 在线论文; 动态论文; 温度论文; 测温论文; 实时论文; 《电力设备》2017年第20期论文;