張四維 范文政
摘要:實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量電纜導(dǎo)體運(yùn)行溫度是電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)非常重要的參數(shù)之一,目前運(yùn)行電纜溫度測(cè)量主要運(yùn)用分布式光纖測(cè)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(cè)溫技術(shù)受復(fù)雜環(huán)境影響后很難準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)量技術(shù),并對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,該技術(shù)可以精確測(cè)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。
關(guān)鍵詞:電纜本體,溫度檢測(cè),在線監(jiān)測(cè),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(duì)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(duì)接頭內(nèi)部導(dǎo)體運(yùn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),可以有效減少電纜接頭故障,同時(shí)通過測(cè)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(cè)溫主要采用電纜分布式光纖測(cè)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(duì)電纜外護(hù)套進(jìn)行溫度測(cè)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(duì)表面溫度的時(shí)差影響,很難實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)量技術(shù)是將測(cè)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(cè)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(cè)溫天線,通過電磁耦合的方式為內(nèi)置測(cè)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(cè)量裝置的安全運(yùn)行。
1.試驗(yàn)方法
1.1 測(cè)溫裝置安裝
將內(nèi)置測(cè)溫模塊植入到110kV電纜中間接頭屏蔽管內(nèi)部等電位處,測(cè)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(cè)溫模塊的安裝。內(nèi)置測(cè)溫模塊方法與植入式光纖測(cè)溫技術(shù)相比較,內(nèi)置測(cè)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(cè)溫模塊的實(shí)際結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,植入內(nèi)置測(cè)溫模塊和外置測(cè)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 112 kV,保持 10 s 后緩慢的降至 96 kV,并在此電壓下按 GB/T 3048.12 和IEC 60885-3 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) ℃ 下進(jìn)行,本次試驗(yàn)背景噪聲為 1.7 pC。
從圖3可以看出,沒有超過背景的放電,說明內(nèi)置測(cè)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/T 11017.3 規(guī)定,對(duì)試驗(yàn)回路施加加熱電流,加熱至少 8 h,自然冷卻至少 16 h,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) ℃ 溫度范圍內(nèi) 2 h,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 128 kV 交流電壓,內(nèi)置測(cè)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(cè)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)℃,按 GB/T 3048.13 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(cè)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(cè)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(cè)溫精度測(cè)試
按Q/ZTW 003-2012中5.3.2規(guī)定,加熱介質(zhì)水至100℃,將經(jīng)過校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫儀與本次送檢內(nèi)置元件的測(cè)溫探頭放在介質(zhì)水中進(jìn)行測(cè)溫對(duì)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(cè)溫元件的測(cè)溫探頭的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù),比較20次以上測(cè)溫?cái)?shù)據(jù),繪制30℃~100℃溫度曲線,結(jié)果表明,內(nèi)置測(cè)溫元件測(cè)溫探頭測(cè)量的溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量的溫度,測(cè)溫誤差為±0.5 ℃,表明內(nèi)置測(cè)溫模塊的測(cè)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(cè)溫傳感器植入部件所在環(huán)境溫度可能約110℃ 左右,并持續(xù)2小時(shí),為了驗(yàn)證內(nèi)置測(cè)溫模塊經(jīng)受高溫后,是否能正常測(cè)溫,按Q/ZTW 003-2012中5.5.2規(guī)定,將內(nèi)置測(cè)溫模塊放入250℃烘箱10分鐘后取出, 結(jié)果表明,內(nèi)置測(cè)溫模塊仍能精確測(cè)量溫度,這表明高溫不會(huì)影響內(nèi)置測(cè)溫模塊的精確測(cè)量。
2.7 溫度曲線分析
試驗(yàn)過程,設(shè)定內(nèi)部溫度測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)。試驗(yàn)是在主回路和模擬測(cè)溫回路加載相同電流情況下,將主回路測(cè)量的3個(gè)電纜接頭內(nèi)導(dǎo)體溫度與模擬測(cè)溫回路電纜導(dǎo)體溫度進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)主回路和模擬測(cè)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(cè)溫回路電纜導(dǎo)體溫度響應(yīng)時(shí)間同步,變化趨勢(shì)一致,驗(yàn)證了植入式電纜導(dǎo)芯溫度測(cè)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(cè)溫回路電纜導(dǎo)體溫度高約5℃~12℃,這是由于主回路的接頭內(nèi)導(dǎo)體和模擬測(cè)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:
1)新型高壓電纜本體測(cè)溫技術(shù)對(duì)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(cè)量真實(shí)有效。
2)通過試驗(yàn)本技術(shù)所測(cè)得溫度與試驗(yàn)電纜本體溫度趨勢(shì)一致且差值不超過1℃,驗(yàn)證了本技術(shù)的測(cè)量精度較高。
3)安裝便捷,在電纜附件安裝過程中植入內(nèi)置測(cè)溫模塊,安裝工藝同電纜附件安裝工藝。
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