基于光柵光纖傳感的電力電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,城市規(guī)模不斷擴(kuò)大,對(duì)電力的需求也越來(lái)越大,對(duì)供電可靠性的要求也越來(lái)越高。再加上我國(guó)對(duì)城市規(guī)劃水平的不斷提高,各大城市已經(jīng)在努力提高城市的地下電纜化率,這樣不僅可以減少城市中現(xiàn)在存在的大量橫縱交錯(cuò)的蛛網(wǎng)狀架空線路,而且可以使城市更加美觀,同時(shí)還能提高供電的可靠性。如武漢主要街道的架空線路已經(jīng)轉(zhuǎn)為敷設(shè)在電纜溝的110kV電壓等級(jí)的XLPE交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展,對(duì)電力的需求也會(huì)進(jìn)一步提高

2、,這就需要更高等級(jí)的電力電纜來(lái)提高輸送電能的能力。電力電纜一般是敷設(shè)于專門(mén)的電纜隧道和土壤中。由于電力電纜的初期投入非常高,這就使電力電纜的運(yùn)行管理和監(jiān)測(cè)維護(hù)以延長(zhǎng)其使用壽命變的越來(lái)越重要。其實(shí)A.E.Kennelly-早在1893年就已經(jīng)開(kāi)始對(duì)埋地電力電纜載流量進(jìn)行研究。隨后由Neher和McGrath做了進(jìn)一步的研究,而他們的研究工作正是IEC—60287的基礎(chǔ)。
　　本文所研究的基于光纖光柵的電力電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要從下面幾

3、個(gè)方面展開(kāi):首先是采用何種方式獲得溫度參數(shù)。由于電力電纜的鋪設(shè)距離一般都長(zhǎng)達(dá)幾公里,所以測(cè)量信號(hào)的傳遞是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題;另外電力電纜有的鋪設(shè)在電纜隧道中,但目前有大量是直接埋在土壤中的,對(duì)測(cè)量器件的耐腐蝕性、防潮特性等要求比較高。所以傳統(tǒng)上依靠熱電偶等不能滿足對(duì)電力電纜的測(cè)溫要求。本文通過(guò)討論光纖光柵測(cè)溫傳感技術(shù)工作原理,分析光纖光柵測(cè)溫傳感技術(shù)的信號(hào)傳遞,介紹光纖光柵測(cè)溫傳感器的物理化學(xué)特性以及工作環(huán)境等多方面對(duì)光纖光柵溫度傳感器

4、進(jìn)行介紹。并探討光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電纜所需溫度參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其次是如何將監(jiān)測(cè)到的溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換為和電力相關(guān)的載流量等參數(shù)。在此方面前人已經(jīng)做過(guò)相關(guān)的研究,IEC也有相關(guān)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。本文首先介紹電力電纜的基本組成結(jié)構(gòu),逐層剖析電力電纜的發(fā)熱原理以及熱量傳播和擴(kuò)散的基本路徑。利用電路的原理,把電力電纜的發(fā)熱源看作電源、熱量的傳播路徑看作導(dǎo)電的電路、對(duì)熱量的傳播具有阻礙或存儲(chǔ)功能的結(jié)構(gòu)看作電路中的基本元件,如電阻、電容等,由此建立熱路

5、和電路之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,采用集中參數(shù)法對(duì)電力電纜建立較為完整的熱路模型。根據(jù)建立的電力電纜熱路模型推導(dǎo)電力電纜在穩(wěn)態(tài)時(shí)載流量與環(huán)境溫度以及電力電纜表皮溫度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系;參照IEC標(biāo)準(zhǔn),對(duì)所建熱路模型進(jìn)行化簡(jiǎn),得到相對(duì)簡(jiǎn)單的具有二支網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)電力電纜熱路模型,并對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到在暫態(tài)下電力電纜導(dǎo)體溫度相對(duì)于表皮溫度的暫態(tài)溫升,從而得到導(dǎo)體在暫態(tài)時(shí)的溫度變化。本文還對(duì)電力電纜所在介質(zhì)(敷設(shè)環(huán)境)建立數(shù)學(xué)模型,分析介質(zhì)中熱量的傳播。比如敷

6、設(shè)在土壤中的電力電纜,由于土壤的散熱速度和土質(zhì)、土壤濕度等多方面因素有關(guān),本文采用指數(shù)積分函數(shù)對(duì)其進(jìn)行描述。對(duì)于電力電纜的絕緣特性一直沒(méi)有一種較為實(shí)時(shí)的判斷,本文通過(guò)對(duì)絕緣層介電常數(shù)ε和絕緣層介質(zhì)損耗角正切值tgδ的物理意義及在電力電纜中的應(yīng)用,建立絕緣特性和絕緣層溫度降的數(shù)學(xué)關(guān)系,實(shí)時(shí)判斷絕緣特性的變化情況。最后,本文根據(jù)所建熱路模型和IEC相關(guān)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn),用VB編寫(xiě)電力電纜載流量計(jì)算軟件。簡(jiǎn)要介紹基于光纖光柵的電力電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的物