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工程科技与产业发展科技经济导刊 2016.30期插拔式电缆头内置式光纤在线测温系统研究侯文玉（中国铁路总公司运输局 北京 100015）1 高压电缆头测温方式的选择电缆内部导体通过高电压，带有很厚的绝缘层。
虽然测温有多种方式，如：手持式远红外仪、红外成像仪式、无线测温式、测温片测温等，高压电缆头采用在电缆头下端安装测温片测温在通过光纤传输至终端，但这些测温方式效果并不理想，均无法真正对电缆内部的温度进行监测，一是像红外测温实现在线式比较困难，二是测温片距离电缆头带电部分较远，靠绝缘层材料传输温度误差大，经常电缆头已经着火但后台仍未报警。
如何才能安全精确的实时测量电缆头内部的运行温度呢？通过大量的试验证明，采用光纤直接测量电缆头温度是最理想的高压带电测温方式。
因为光纤具有电绝缘、本征安全、不受电磁干扰等特性，它非常适合用于电力设备的温度监测。
光纤测温技术是高压电力设备温度在线监测的最有效手段，在国外已经取代传统的线性感温材料，在技术上已非常成熟、完善。
2 光纤测温的原理光纤温度传感器是由多模光纤和在其顶部安装的荧光物体(膜)组成。
荧光物质在受到一定波长(受激谱)的光激励后，受激辐射出荧光能量。
激励撤消后，荧光余晖的持续性取决于荧光物质特性、环境温度等因素。
这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的，我们称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光余晖时间(ns)。
在不同的环境温度下，荧光余晖衰减也不同。
因此通过测量荧光余晖寿命的长短，就可以得知当时的环境温度。
光纤测温系统的工作机理建立在光致发光这一基本物理现象上。
当某些感光材料受到蓝紫光或紫外光激发时会发出荧光，其荧光寿命与荧光材料的温度有关。
对于某些荧光材料,在不同波长下的荧光发射具有不同的温度特性，且它们的荧光寿命与温度具有一定的函数关系。
在此条件下可以通过测量荧光寿命来标定材料的温度。
3 插拔式电缆头内置式光纤在线测温系统的研究用光纤温度传感器如何测试电缆头的内部温度呢？通常的方式只是将传感器紧紧贴在电缆头的外绝缘处，这时测量温度的只是电缆外绝缘层的温度，而不是电缆内绝缘层的温度，真正引发电缆头事故的是内绝缘层因高温而首先损坏后逐渐引起外绝缘层的损坏，因此测量电缆内绝缘的温度更有必要。
一种分布式光纤光栅电缆温度传感器张燕君;康瑞雪;娄俊波;韦波;李进;陈凌军;苏玉玲【摘要】提出了一种新型分布式光纤光栅温度监测系统,可以实现电缆温度的实时在线监测.基于热传导方程和边界条件的基础上,采用有限元法对电缆温度场进行了分析,为监测电缆温度提供了理论依据.光纤光栅本身不带电,抗辐射和电磁干扰能力强,耐高压和腐蚀,非常适合用做高压电力环境中的温度传感器.通过光纤光栅的温度特性实验,在20～100 ℃的温度范围内,光纤光栅的中心波长随温度变化呈良好的线性,线性度达到99.8%.通过对标准的热电偶温度传感器与光纤光栅温度传感器的对比实验,表明该系统测量时间-温度变化曲线跟随性好,温度差均小于1 ℃,符合电力电缆温度状态在线监测的使用要求.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2010(040)004【总页数】5页(P405-409)【关键词】电缆;温度场;光纤光栅;温度在线检测系统【作者】张燕君;康瑞雪;娄俊波;韦波;李进;陈凌军;苏玉玲【作者单位】燕山大学信息科学与工程学院,河北,秦皇岛,066004;海湾安全技术有限公司,河北,秦皇岛,066004;燕山大学信息科学与工程学院,河北,秦皇岛,066004;燕山大学信息科学与工程学院,河北,秦皇岛,066004;燕山大学信息科学与工程学院,河北,秦皇岛,066004;燕山大学信息科学与工程学院,河北,秦皇岛,066004;燕山大学信息科学与工程学院,河北,秦皇岛,066004;燕山大学信息科学与工程学院,河北,秦皇岛,066004【正文语种】中文【中图分类】TP212.111 引言电缆是电力系统的重要组成部分,由于电缆常置于地下,其潜在的老化和缺陷不易被发现,随着运行时间的增加,有可能因为电缆过热或者短路而导致火灾。
如能在事故发生早期通过温度测量进行预警并迅速采取措施,就能有效避免此类事故。
由于在高压传输环境中电压高、电流大、磁场强,传统的电类测温只能对局部位置进行测温,无法对整条线路进行温度监测。
基于分布式光纤测温的电力电缆温度监测系统随着地下电缆在供电系统中应用和逐渐推广，实现地下电缆的安全、稳定和经济运行对确保供电系统的安全性、稳定性、经济性等意义重大。
在电缆输电过程中电缆温度变化对其运行状态影响很大，因此提出了基于分布式光纤测温的电力电缆温度监测系统，本文着重介绍了该系统的工作原理及软硬件组成。
标签：地下电缆；分布式光纤测温系统；拉曼散射；光时域反射0 引言随着我国城市化建设不断发展，城市中电缆逐渐由架空铺设转变为地下铺设，地下电缆规模快速扩展，伴随着地下电缆的安全性以及可靠性等问题日益明显，因此亟待一种有效的电缆安全监测方法。
研究表明，电缆温度与电缆运行状态间存在着密切的关系，当电缆运行负荷变化时，则电缆温度也会随之发生相同趋势的变化[1]。
如果电缆在运行过程中某处温度迅速升高，则说明运行负荷过大或电缆此处存在问题；当电缆长时间处于允许的极限温度时，则会导致电缆老化，发生故障。
反之为了避免电缆温度过高，采取使电缆长时间处于低负荷运行，则使电缆不能被充分利用。
为了保证电缆在运行过程中既可安全运行，又可充分利用，所以需要对电缆进行实时温度监测，便于及时掌握和预测电缆的运行状态[2]。
在实际工程中，电缆线芯温度是很难被直接测量，因此只能通过间接的方法来获取线芯温度，分布式光纤测温系统是将测温光纤与电缆紧密贴合，对电缆进行实时温度监测，通过测温光纤测量电缆表皮温度，进而推算线芯温度。
测温光纤具有能连续获取电缆整条线路上温度信息的优势，同时具有抗电磁干扰性强、维护成本低、对温度变化敏感等优点。
因此近年来分布式光纤测温技术逐渐被应用到地下电缆的温度监测。
1 分布式光纤测温原理分布式光纤测温系统是利用光纤的拉曼散射温度效应来实现电缆温度的测量，温度点定位通过光纤的光时域反射原理来实现。
1.1 拉曼散射温度效应当激光发射器产生的光在光纤中传输时，光脉冲与光纤中的分子相互作用而发生散射，发生的散射光包含多种类型。
基于内置式电缆接头导体测温技术研究及应用发表时间：2016-12-21T14:03:06.803Z 来源：《电力设备》2016年第21期作者：张庆1 邝涛1 葛少伟1 [导读] 该技术已经产品化并应用于国网及南网地方项目中，取得了较好的运行效果。
（1．济南供电公司山东省济南市 251200）摘要：本文提出了一种内置式电缆接头导体测温技术，该技术采用无线能量传输和射频通信技术，解决了内置式测温传感器的电能供应和温度信号传输的难题，实现了直接测量电缆接头导体温度。
相对以往电缆测温技术，新技术具有革命性的突破，测试更加精准、直接测量导体温度等诸多优点。
该技术已经产品化并应用于国网及南网地方项目中，取得了较好的运行效果。
关键字：内置式电缆接头导体测温电缆运行监测0 引言随着城市化建设快速发展，地下电缆正在逐步成为城市电网的重要组成部分。
城市化的高速发展使得电力电缆的使用数量急剧增长,电缆的事故也随着增加，经过调查研究发现电缆故障主要体现在电缆接头故障。
通过本项目的实施，直接测量电缆接头导体实时温度，可以使班组运维人员全面、准确的掌握运行电缆的即时运行状态，从而指导电缆的运维作业。
本文提出了一种内置式电缆接头导体测温技术，采用无线能量传输和射频通信技术，解决了内置式测温传感器的电能供应和温度信号传输的难题，实现了直接测量电缆接头导体温度。
1 目前常见的测温技术1.1红外温度监测红外测温技术的优势在于不需与待测物接触。
但红外测温传感器受工作环境的影响较大，不宜在灰尘多、强电磁场等环境下工作。
因此尤其是地下电力电缆的运行温度在线监测中使用红外测温技术的高电压等级电缆运行温度在监测方式局限性太强。
3 结束语电力电缆本体运行温度进行在线监测的几种技术的发展已较成熟。
根据这些技术设计出的温度监测系统已在实际应用中按电压等级的高低形成一个体系，且取得了成效。
但是电缆接头运行温度在线监测的方式显得较为单一，实际应用也不广泛。
第15卷第4期2020年12月电气工程学报Vol.15 No.4Dec. 2020DOI：10.11985/2020.04.015电缆分布式光纤测温装置校验及温度补偿方法研究*刘佳鑫郎业兴韦德福唐红(国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院沈阳110000)摘要：针对高压电缆分布式光纤测温装置无法系统化开展仪器校验与性能评估的问题，提出了一种电缆分布式光纤测温装置校验方法。
基于该方法，研究开发了一套基于自动化温度控制与采集的智能校验平台，利用可编程的循环恒温水浴搭建了分布式光纤测温装置校验环境，同时对系统的温度测量准确度等主要技术指标进行校验。
文中采用该校验平台对四台相同配置的电缆分布式光纤测温装置开展测温准确度校验，各台装置测温准确度均小于±1 ℃。
通过改变环境温度获得了各台装置的温漂数据，采用三次拟合方法得到了各台装置在5～35 ℃范围内的温度补偿公式。
应用温度补偿后，各台DTS装置平均误差下降36%，最大误差下降85%，四台装置测温结果的准确性和一致性明显提高，温漂最大误差对比环境稳定时下降约33%，测温数据稳定性更高。
关键词：高压电缆；分布式光纤测温；在线监测；温度补偿；仪器校验；性能评估中图分类号：TM933Research on Calibration and Temperature Compensation of Distributed Optical Fiber Temperature Sensing Device for High Voltage CableLIU Jiaxin LANG Yexing WEI Defu TANG Hong(State Grid Liaoning Electric Power Research Institute, Shenyang 110000)Abstract：In view of the problem that the distributed optical fiber temperature measuring device of high voltage cable cannot systematically carry out instrument calibration and performance evaluation, a calibration method of distributed optical fiber temperature sensing device is proposed. Based on this method, an intelligent verification platform based on automatic temperature control and acquisition is developed by using a programmable constant temperature water bath for main technical indicator calibration, such as temperature measurement accuracy and so on. The calibration platform is used to test the temperature accuracy of four cable distributed optical fiber temperature sensing devices with the same configuration. The temperature measuring accuracy of each device is less than ±1 ℃. The temperature drift data of each device are obtained by changing the ambient temperature, and the temperature compensation formula of each device in the range of 5-35 ℃is obtained by using cubic fit. After the application of temperature compensation, the average error of each DTS device decreases 36%, and the maximum error decreases 85%. The accuracy and consistency of the temperature measurement results of each device are significantly improved. The maximum temperature drift error decreases about 33% compared with in stable environment, and the stability of temperature measurement data is higher.Key words：High voltage cable；distributed optical fiber temperature sensing；online monitoring；temperature compensation；instrument calibration；performance evaluation1 引言高压电力电缆，特别是交联聚乙烯绝缘高压电* 国网辽宁省电力有限公司科技资助项目(2019YF-65, 2020YF-27)。
基于有限元的电力电缆缆芯温度预测方法分析发布时间：2022-05-17T03:27:54.530Z 来源：《工程建设标准化》2022年3期作者：唐开[导读] 温度是保证电力电缆稳定运行的关键，需要对缆芯温度进行严格控制唐开重庆信科设计有限公司重庆 401123摘要：温度是保证电力电缆稳定运行的关键，需要对缆芯温度进行严格控制，构建丰富的有限元分析条件，使缆芯处于有效的温度范围。
基于此，本文将从有限元模型、有限元计算、预测模型建立、温度场建模等方面对电力电缆缆芯温度预测方法进行分析，使电力电缆具有良好的参数条件，对缆芯温度进行准确地预测，使电缆能够得到有效地管理。
关键词：电力电缆；缆芯温度；有限元预测引言：电力电缆对温度控制具有较高要求，应建立有效的温度分析方式，将有限元理论应用到缆芯温度控制中，使电缆具有稳定的供电状态。
随着供电压力的逐渐增大，电缆将会伴随着发热的现象，导致电能的损耗增加，进而影响电网的运行状态。
因此，做好缆芯温度的预测较为重要，需要严格地进行建模，提高缆芯温度的预测水平。
1电力电缆缆芯温度有限元模型1.1有限元模型1.1.1结构参数电力电缆结构方面具有一定的复杂性，由多种保护结构组成，使电缆能够维持稳定运行的状态。
电缆结构包括线芯导体、绝缘层、金属屏蔽层等，这些结构可以对缆芯形成综合保护，但相对地，也会对温度造成影响，影响缆芯的温度变化情况。
为了使电缆模型易于分析，需要对其结构模型进行简化，将线芯导体以外的材料视为一个整体，使结构参数的研究更加地便于管理。
电力电缆存在轴向温度场的影响，但由于电缆长度远大于外径，因而可以对轴向温度场的影响进行忽略，这样便可以在平面上对温度场进行研究，提高有限元模型分析的准确性[1]。
1.1.2材料热参数电力电缆温度预测会受到材料热参数的影响，需要对材料热进行分析，建立完善的材料热分析条件，避免在温度分析方面产生遗漏。
影响缆芯温度的材料热参数较多，如绝缘层导热系数、外护套导热系数等，需要将导热系数的影响考虑在内，保障有限元模型材料热参数的稳定性。
基于反演的电力电缆缆芯温度间接测量研究周蠡;彭迎;李靖;陈然;张毅军;但林烽;黄雄峰【摘要】针对电力电缆导体温度的测量,提出了一种基于有限元法的电缆导体温度间接测量方法.利用有限元法对电缆温度场进行分析计算,获取不同载荷、边界条件下的表面温度和导体温度的对应关系,再结合测量到的表面温度即可间接得到导体温度.另外,针对电缆中某些材料热参数难以标定从而影响温度场计算模型准确性的问题,本文通过对电缆内部材料的热参数值进行辨识以对模型进行校正.%To realize monitoring for the conductor temperature of power cables,an indirect measurement method based on finite element method is introduced.By calculating the cable temperature field based on finite elements,the corresponding relationship between surface temperature and conductor temperature under dif-ferent load and boundary conditions isgot.Besides,aiming at the problem that the thermal parameters of some materials are difficult to be calibrated so as to influence the accuracy of the temperature field calculation model,the unknown thermal parameters are identified in this paper.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P66-71)【关键词】电力电缆;导体温度;有限元;温度场计算;参数辨识【作者】周蠡;彭迎;李靖;陈然;张毅军;但林烽;黄雄峰【作者单位】国网湖北省电力公司经济技术研究院,武汉 430077;国网湖北省电力公司,武汉 430077;国网湖北省电力公司经济技术研究院,武汉 430077;国网湖北省电力公司经济技术研究院,武汉 430077;武汉供电设计院有限公司,武汉 430030;武汉供电设计院有限公司,武汉 430030;三峡大学电气与新能源学院,宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TM726近年来城市输电网中地下电缆逐渐取代架空线路，其运行安全受到广泛关注．电缆导体温度过高将引起绝缘材料加速老化，影响电缆使用安全、缩短电缆使用寿命[1]．对电缆导体温度实时监测是提高运维效率、保障输电安全的重要手段．目前主要是通过在电缆内部埋设感温光纤等来对导体温度进行直测，此种手段会破坏电缆结构．可由较易测量的表面温度间接反演出导体温度．借鉴于有限元法在电缆温度场计算中的有效应用[2-3]，利用有限元法可实现多种环境下电缆温度场的分析计算[4-5]，从而获取不同载荷、边界条件下的表面温度和导体温度的对应关系，为利用表面温度间接估计导体温度提供了可能，从而避免了对电缆结构的破坏．该方法的不足之处是在建立电缆的温度场有限元模型时需要知道电缆内部不同材料的热参数值，而厂家往往不能提供这些参数值．即使可以提供，这些值在电缆的长期运行中也会由于老化等原因发生很大变化[6]．本文提出了一种电缆导体温度间接测量方法，通过对电缆内部材料的热参数值进行辨识从而校正了电缆的温度场有限元模型，在校正后的温度场模型基础上得到正确的表面温度与导体温度的对应关系，再结合表面温度的测量值间接得出导体温度．1 测量原理测量原理如图1所示．针对某种类型电缆，根据其结构参数、材料热参数、电缆表面的边界条件、负荷参数、初始条件，利用有限元法对电缆温度场进行计算，根据分析结果归纳出不同载荷、边界条件下表面温度与导体温度值的对应曲线，再结合外表皮温度的监测值反演出导体温度．图1 测量过程原理图电缆温度场的有限元计算是反演实现的关键，温度场有限元模型中负荷参数、边界条件、结构参数一般已知，但某些热参数往往无法由电缆规格书上准确获得，从而影响了模型的准确性．本文基于测量点温度的实测值与计算值建立目标函数，通过对两者之间的误差进行处理反辨识出相关热参数，将辨识后的热参数代替原先的初始热参数载入到温度场有限元模型中，从而实现了对模型的校正．2 电缆温度场的有限元计算2.1 温度场模型本文以典型单芯110 kV高压电力电缆为例，其截面如图2所示，E(x0，y0)为测量点．由于电缆线路与其直径相比可认为无限大，因此电缆温度场可按二维温度场进行分析和计算．图2 电缆截面图电缆中，含内部热源区域的控制方程为：(1)式中，T为点(x，y)处的瞬态温度(℃)；t为过程进行的时间(s)；λ为导热系数[W/(m2·℃)]；S为体积生热率(W/m3)；φ为材料的密度(kg/m3)；c为材料的比热[J/(kg·℃)]．无热源区域的温度控制方程为：(2)电缆外边界处为第三类边界条件，边界方程为：(3)式中，α指电缆的对流换热系数[W/(m2·K-1)]；Tf指空气温度(K)．电缆的初始条件指传热过程开始时刻计算(t=0)电缆内部任一点的温度，即T(x，y，0)=T0(x，y)(4)2.2 温度场求解采用三角形单元计算有限元温度场，结合Galerkin法，列出电缆平面温度场有限元方程为：(5)(6)(7)(8)l=i， j， m；e为平面电缆温度场的定义域．对上式进行合并得：(9)式中，通过三角形单元面积积分合并可以分别求出K、N和P．利用Grank-Nicolson差分格式计算t时刻和t-Δt时刻电缆暂态温度值，即得出电缆暂态温度场计算公式：(10)运用加权法处理三类边界条件可得出线积分方程．利用迭加法和消去法求解，即可求出不同时刻电缆温度场内各点的温度值．3 热参数的辨识3.1 问题描述电缆的瞬态热特性取决于以下5个参数：1)负荷电流I；2)初始温度T0；3)电缆表面的边界条件B；4)电缆结构参数G；5)电缆材料的热参数P．在以上参数中，除了热参数P，I、T0、B、G都可以获得．因此，电缆表面处点E(x0，y0)的有限元计算温度值TE可用热参数P的函数表达：TE=TE(t，x1，x2，…，xj，…，xn)(11)式中，x1，x2，…，xj，…，xn是热参数集P中的元素，例如导热系数λ、比热c．另一方面，E点的温度可以用设备直接测量，测量值用Tm(t)表示．令x=(x1，x2，…，xn)，参数辨识即通过测量值Tm(t)来拟合出热参数集合x中的所有未知元素，本文选择最优化方法对目标函数F进行最小化以辨识出x的最优解，其中F 为：(12)式中，x为所有热参数集合，x=(x1，x2，…，xn)；N是实测值总数；Δt测量时间间隔，Δt=TD/N，其中TD为测量时间．结合以上分析，本文是通过选择最优化方法对目标函数F进行最小化来辨识热参数，是把温度场有限元计算程序作为最优化方法的子程序，从而将有限元程序与主程序优化算法相衔接，流程如图3所示．图3 参数辨识过程3.2 优化步骤很多最优化方法可以用来求解式(12)，本文选择最速下降法来对目标函数F进行最小化，优化过程如下.步骤1：给定初点x(1)、允许误差ε=0.1，置k=1；步骤2：计算搜索方向d(k)，其中d(k)=-(13)式中，目标函数F相对x中的第j个参数xj的偏微分可由式(14)求得：(14)其中TE(jΔt，x)相对xj的偏微分由式(15)求得：(15)式中，xe=(x1，x2，…，xj+ε，…，xn)；xd=(x1，x2，…，xj-ε，…，xn)；TE(jΔt，xe)和TE(jΔt，xd)的值是由有限元温度场计算中得到的；步骤3：若‖d(k)‖≤ε，停止计算；否则，从x(k)出发，沿d(k)进行一维搜索，求λk，使得(16)式中，λk是从x(k)出发沿方向d(k)进行一维搜索的步长；步骤4：令x(k+1)=x(k)+λkd(k)，置k=k+1，转步骤2．4 热参数的辨识利用有限元法对实验室中空气敷设状态中的标称截面为1×400 mm2的YLJW02 64/110 kV电缆进行温度场计算，在电缆表面选定监测点E，将此点的温度计算值与利用热电偶实测得到的温度值相结合，采用最速下降法对相关热参数进行辨识．利用辨识后的热参数对电缆温度场模型进行校正，计算后得出表面温度和导体温度的对应曲线．4.1 电缆表面温度的实验室测量如图4所示，电缆温度测量实验装置由以下部分组成：开关柜、调压器、升流器、电流互感器、热电偶测温仪、数据接收转换器、电脑等．其中开关柜控制调压器的开断，调压器用于升流器的加压；升流器选用穿心变压器，用于为电缆加载电流，其输入端的三相电压为380 V，单台升流器提供的最大电流为600 A，实验将两台升流器并联使用．图4 电缆模型提供长5 m、截面积400 mm2的110 kV电缆．在电缆表面放置热电偶用以测量表面温度，另外在电缆本体钻孔，孔洞直径1～2 mm，深度约5 mm，在电缆导体处放置热电偶用以测量导体温度．热电偶通过光纤连接到数据接收转换器，转换器将模拟信号转换为数值信号后传送到电脑用以显示．4.2 温度场计算与参数辨识1)电缆的敷设条件样品电缆敷设于3×3 m2的实验室内，实验室温度在23℃左右小范围波动，门窗关闭后无明显空气流动，电缆与室内空气自然对流来进行散热．电缆表面对流换热系数h可通过经验公式(17)计算得到[7-8]，为7.371．电缆的初始温度T0与环境温度相同，为20℃．h=7.371+6.43v0.75(17)式中，v为空气流动速度(m/s)．2)电缆的参数实验室样品为标称截面1×400 mm2的YLJW02 64/110 kV电缆，电缆结构参数见表1．表1 电缆结构参数结构参数数值/mm导体直径23．8导体屏蔽层厚度1．2绝缘层厚度14．5结构参数数值/mm绝缘屏蔽层厚度1铠装层厚度2外护套厚度4 样品电缆中有5种材料：铜(导体)、铝(皱纹铝护套)、交联聚乙烯(绝缘层)、半导体材料(导体屏蔽层与绝缘屏蔽层)、橡胶与聚乙烯的混合材料(外护套)，如图5所示．对应这5种材料，结合式(1)、式(2)可知温度场模型中需要15种热参数：λcon(导体热导率)、φcon(导体密度)、ccon(导体比热)；λAl(铝护套热导率)、φAl(铝护套密度)、cAl(铝护套比热)；λins(绝缘层热导率)、φins(绝缘层密度)、cins(绝缘层比热)；λjac(外护套热导率)、φjac(外护套密度)、cjac(外护套比热)；λscr(屏蔽层热导率)、φscr(屏蔽层密度)、cscr(屏蔽层比热)．图5 电缆材料示意图在对电缆进行温度场计算中，导体、铝护套、屏蔽层的热参数在电缆运行中变化较小，通过产品说明书得到，见表2．至于其它的6个热参数(λins、φins、cins；λjac、φjac、cjac)，其在运行中受老化等因素影响较大因此不能准确获得，可先根据经验数据设定它们的初始值[9]，再通过后续步骤对它们进行修正，设定初始值见表3．表2 已知电缆热参数材料c/[J/(kg·K)]λ/[W/(m·K)]φ/(kg·m-3)铜(导体)3734008900半导体材料(屏蔽层)703462600铝(金属护套)8802212700表3 未知电缆热参数的设定初始值x(1)材料c/[J/(kg·K)]λ/[W/(m·K)]φ/(kg·m-3)XLPE(绝缘层)25000．22930聚乙烯&橡胶(外护套)12000．169203)热源计算对样品电缆加载400 A、50 Hz的零相位电流作为载荷，利用贝塞尔函数计算热源值[10]．经计算求得：导体损耗Q1=48.351 W/m；绝缘损耗Q2=0.145 W/m；金属护套损耗Q3=0.614 W/m．4)温度场计算根据实际参数建立电缆几何模型，如图6(a)所示．对其进行网格剖分后得到有限元模型，如图6(b)所示．图6 电缆模型在温度场计算部分，设置求解域的热参数，包括空气温度、电缆各层的热导系数．在空气边界处设置温度22.5℃作为边界条件，将之前计算的损耗值作为载荷施加到热-流体模型中来，仿真时长为6 h，求解后得到温度场分布云图，如图7所示．图7 温度分布云图5)参数辨识提取监测点E(0，34.6 mm)的计算温度值绘制曲线；同时利用热电偶测温仪对E 点的温度以及空气温度进行实时监测并绘制温度曲线，监测时间也为6 h，温度采集间隔为2 min．曲线在图8中标示．由图8可知在初始参数x(1)的条件下计算值与实测值有一定的偏差，需要对初始参数进行辨识得到优化值．图8 表面温度实测值与计算值的比较根据E点的温度测量值和相应有限元计算结果建立目标函数，将相关热参数的辨识问题化为该函数的最小值问题．基于最速下降法编写程序对该问题进行求解，目标函数在大约40 min后完成收敛，迭代34次，如图9所示．6个相关热参数最后收敛于：λins=0.312、φins=896.706、cins=2 703.12；λjac=0.268、φjac=948.3、cjac=1 315.8．图9 目标函数的收敛过程为对优化结果进行验证，将优化过的参数代入有限元程序进行计算，得出的结果提取后示于图8中．另外，为验证优化后参数的有效性，本文针对负载电流800 A、环境温度29℃的工况，将优化参数代入有限元程序进行计算并提取E点的温度值绘制曲线，如图10所示．实测值与计算值的最大温差为1.1℃，误差在可接受范围内，证明了优化后参数的有效性．图10 800 A时表面温度实测值与计算值的比较图11 表面温度与导体温度的对应曲线6)对应关系的确立通过以上分析，可知校正后的有限元模型具有较高的准确性，在此基础上进行温度场计算得到的表面温度与导体温度的对应曲线可用于导体温度的间接测量．本文提取出了负载电流400 A、环境温度23℃时表面温度与导体温度的对应曲线，如图11所示．测量到表面温度后即可在曲线上搜寻对应的导体温度．5 结语针对电力电缆导体温度的测量，以通过表面温度测量间接得到缆芯温度为思路，基于有限元法对电缆温度场进行分析计算，将分析结果与电缆表面温度测量值结合从而反演出缆芯温度值．针对电缆中某些材料热参数难以标定从而影响温度场模型准确性的问题，本文通过对电缆内部材料的热参数值进行辨识从而校正了电缆的温度场有限元模型，在校正后的温度场模型基础上得到正确的表面温度与导体温度的对应关系，再结合表面温度的测量值间接得出导体温度．参考文献：[1] Vu K， Begovic M， Novosel D. Use of Local Measurements to estimate Voltage Stability Margin[J]． IEEE Transactions on Power System， 1999，24(3)．[2] Rachek， M. Nait Larbi. S. Magnetic Eddy-Current and Thermal Coupled Models for the Finite- Element Models for the Finite-Element Behavior Analysis of Underground Power Cables [J]． IEEE Trans on Magnetics，2008，44(12):4739-4746．[3] 王有元，陈仁刚，陈伟根，等．有限元法计算地下电缆稳态温度场及其影响因素[J]．高电压技术，2008，34(12)：3086-3092．[4] 王东涛，高丹．基于组态王的动力电缆温度在线监测系统[J]．中国电力，2006，39(4)：79-82．[5] 黄诗雅，吴勇，李磊．土壤直埋敷设单芯电力电缆温度场与载流量计算[J]．武汉大学学报，2014，47(4)：502-505．[6] H.J. Li. Estimation of thermal parameters and prediction of temperature rise in crane cables [J]． IEEE Proc-Gener. Transm Distib， 2004， 151(3): 355-360．[7] Mitchell J K. Temperature Distribution Around Buried Cables [J]． IEEE Trans. Power Apparat Syst， 1979，98(4):1158-1166．[8] Tarasiewicz E， Kuffel E， Grzybowski S. Calcultion of Temperature Distribution Within Cable Trench Backfill and Surrounding Soil [J]． IEEE Trans. Power Apparat Syst， 1985，3(8):1973-1978．[9] Buonanno G. Effect of Radiative and Convective Heat Transfer on Thermal Transients in Power Cables[J]． IEE Proc. Gener. Transm. Distrib，1995， 142， pp. 436-444．[10] 梁永春，柴进爱，李彦明，等．有限元法计算交流电缆涡流损耗 [J]．高电压技术，2007，33(9)：196-199．。
基于分布式光纤测温系统的单芯电缆瞬态温度场数值计算邢雅;侯喆;杨宇琦;李洪杰
【期刊名称】《电线电缆》
【年(卷),期】2013(000)006
【摘要】为了保证地下电缆的可靠运行,电力部门的常规做法是在电缆表面安装分布式光纤温度传感器(DTS),对电缆的热状态进行直接监测.由于电缆的载流量取决于导体的持续运行最高温度,因此基于传热学原理,利用通用有限元软件对计算场域进行自动划分,通过提取得到的单元与节点信息自主编制有限元计算程序,结合实时变化的负荷数据及DTS测量的电缆表面温度,分析计算了单芯电缆的瞬态温度场.通过110kV 1×630 mm2交联聚乙烯电缆的试验研究,对比电缆导体温度的测量值和计算值,结果表明,自主编制的有限元计算程序能够准确地计算电缆的瞬态温度场,为电缆安全高效的运行提供了有效的理论依据.
【总页数】5页(P7-11)
【作者】邢雅;侯喆;杨宇琦;李洪杰
【作者单位】西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049;西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049;西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049;西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049
【正文语种】中文
【中图分类】TM247
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5.应用单芯单模光纤的电缆沟多参量分布式光纤传感系统 [J], 吴自强;范伟松;斯荣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于分布式光纤测温的电力电缆温度在线监测系统
田晓霄;李水清;陈泰;方临川
【期刊名称】《电气自动化》
【年(卷),期】2014(36)4
【摘要】电力电缆作为电力系统最基础的单元,其运行温度制约着整个配电系统的安全运行.文章通过对比各种广泛应用的电缆温度检测方法,引入了一种基于拉曼散射光时域反射的分布式光纤在线监测电缆温度系统,应用DSP和FPGA技术设计了高速信号采集和处理单元,并简要介绍了系统的基本原理、组成结构和主要特性.检测结果表明,系统测温精度较高,可以达到±1℃范围之内,能够实现对电缆的实时监测.
【总页数】3页(P106-108)
【作者】田晓霄;李水清;陈泰;方临川
【作者单位】正泰电气股份有限公司,上海201610;正泰电气股份有限公司,上海201610;正泰电气股份有限公司,上海201610;正泰电气股份有限公司,上海201610
【正文语种】中文
【中图分类】TP272
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