6-1基于DTS的电缆在线监测及动态载流量.doc

全国第八次电力电缆运行经验交流会论文集 状态评估与在线监测 PAGE 810 PAGE 809 电力电缆DTS测温及动态载流量 算法模型的实现 蓝耕1　张振鹏2　杨峰3 (1.上海市电力公司；2.国网电力科学研究院；3.上海波汇通信科技公司) 摘　要　本文提出了应用DTS测量电缆外护套温度，计算导体温度的两种动态载流量的算法模型（DCR-I和DCR-II），分析了两种模型的输入、输出等参数量。并在实验室和现场进行了试验验证。 关键词　DTS　分布式光纤测温　动态载流量 0　引言 随着电网的发展，电力系统中电力电缆的应用越来越多，因此电力电缆的管理检测维护工作量越来越大，这已经成为现代化城市电网的特点之一对电力电缆的剩余负荷能力进行在线连续监测，从而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；在系统某个局部出现紧急状况时,可以根据系统的拓扑结构和电缆的实际可利用带负载能力对系统进行快速重新组合利用剩余负载能力大的电缆在短时间内提供对故障线路的负载支援，以便使系统能够尽快进入紧急运行状态，保证不间断供电。 采用DTS测量电力电缆外护套的温度，通过设计电缆载流量的模型，计算出电缆导体的温度，确定电缆载流量的相关信息，为电缆的安全可靠运行提供参数。 1　DTS及电缆载流量相关理论 1.1　光纤分布式测温（DTS） 光纤温度传感的主要依据是光纤的光时域反射原理以及光纤的后向喇曼散射温度效应。当一个光脉冲从光纤的一端射人光纤时, 这个光脉冲会沿着光纤向前传播。因光纤内壁类似镜面, 故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射, 反射之中有一小部分的反射光, 其方向正好与入射光的方向相反。这种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的关系。反射点的温度(光纤所处的环境温度) 越高,反射光的强度也越大。也就是说, 后向反射光的强度可以反映出反射点的温度。利用这个现象, 若能测量出后向反射光的强度, 就可以计算出反射点的温度, 这就是利用光纤测量温度的基本原理。 电缆光纤分布式测温技术的核心问题是要提高测温精度, 而温度测量的精度需要考虑入射光强度、系统噪声、喇曼散射系数、叠加次数与温度分辨率等几个方面的因素。光纤的安装方式对温度测量的精度也有着直接影响。光纤的安装方法通常有两种, 一种是表贴式,另一种是内绞合式。 1.2　电缆载流量分析 电力电缆的额定载流量是由电缆绝缘的最高允许工作温度决定的,即由电缆线芯外表面的最高允许温度决定而电缆工作时，其导电线芯上表面的温度不仅与电缆所带负荷电流的大小密切相关，而且与电缆绝缘中的损耗!电缆中的幅向热传递特性以及电缆运行时的环境温度相关。对于已经投入运行的电缆，电缆结构，和其他电缆的的相位和空间关系，负荷的电压和频率等均已确定，电缆的总发热量仅和电流和导体温度相关。 以电缆表面为边界，电缆内部构成了一个热学系统，在正常运行状态下包括以下三种主要热源： a）导体损耗 其中I为电流；R0为20oC时导体的直流电阻；α20为导体材料电阻温度系数；Tcc为导体温度；Ys为集肤效应因子；Yp为邻近效应因子。R0、α20和Ys由电缆结构材料和电源频率决定，Yp还受电缆敷设位置关系影响。对于敷设完毕的电缆回路，这些参数均为确定量，导体损耗为电流和导体温度这两个实时变量的函数。 b）介质损耗 其中f为电源频率，c为电缆电容，U0为相电压，tgδ为在电源系统和工作温度下绝缘损耗因子。 c）屏蔽损耗 屏蔽损耗和自身和周边回路的相位布置相关。在屏蔽单端接地和较好平衡的交叉互联接地的情况中，该损耗较小；相反情况下，可能导致显著的屏蔽层环流，该损耗则可能很大。 在同一种环境下，由于环境的分布特性的差异，地表和地下状况的变化，电缆分布温度呈现为不规则的曲线；相对而言，由于隧道空气流动性和通风条件，比较直埋或排管情况，隧道电缆的分布温度的均匀性较高。 同一根电缆在两种环境交界处，由于散热条件的宏观差异，通常会形成分布温度曲线台阶和温升曲线台阶；在穿越防火墙，建筑结构等处，由于其传热条件和主体环境有较大差异，通常会在分布温度曲线上形成不连续点或段。在接头井，终端，维护通道，通风口，排水点等位置，传热条件和主体环境有较大差异，并且容易受到天气条件（自然热源）的影响。 1.3　动态瓶颈点 电缆的负荷能力主要受绝缘材料最高允许工作温度的限制。电缆负荷能力不是由电缆绝大部分或总体的散热条件，而是少数的最不利散热点决定的。根据电缆内部的热源和导热的特性，数学上可以推导出瓶颈点定律：在一根电缆的全长范围内，如果环境条件的变化时间常数远大于电缆本体的热传导时间常数（通常为小时数量级），则表面温度的最高点处，也是导体温度最高点的位置。该点构成该电缆的稳态负荷瓶颈点。该定