新型高压电力电缆本体温度监测技术的试验验证

新型高压电力电缆本体温度监测技术的试验验证实时准确的测量电缆导体运行温度是电缆运行状态监测非常重要的参数之一，目前运行电缆温度测量主要运用分布式光纤测温技术，通过理论计算，推算出导体温度，但电缆敷设环境非常复杂，现有测温技术受复杂环境影响后很难准确实时测量电缆导体运行温度。本文介绍一种新型电缆接头本体温度直接测量技术，并对该技术进行了试验验证，该技术可以精确测量运行电缆导体的实时温度，及时发现电缆运行时的故障隐患。标签：电缆本体，温度检测，在线监测，电磁感应，无线能量传输0.引言目前电力电缆已经成为城市电力网架的主要组成部分，同时也对电网的管理模式提出更高的要求。据统计，电缆运行故障更多表现在电缆接头故障，电缆在极端天气、大电流条件下运行时接头内温度较高，绝缘材料加速热老化，并导致接头绝缘破坏而引发故障。若对接头内部导体运行温度实时监测，可以有效减少电缆接头故障，同时通过测量接头内部导体运行温度，可以计算电缆的动态载流量，使电力调度部门可以随时调整电缆线路负荷，保障电缆线路应急过负荷的安全运行，提高电缆线路的利用率。目前电缆测温主要采用电缆分布式光纤测温系统（DTS），该技术主要通过在电缆外护套表面敷设光纤，对电缆外护套进行温度测量，通过热阻平衡等模型算法来等效电缆导体温度［1］［2］，由于电缆敷设环境非常复杂，加上热传导对表面温度的时差影响，很难实时有效的监测电缆运行导体温度［3］。本文介绍一种新型电缆接头内导体运行温度直接测量技术，并通过多次、多点试验，进行大量的数据分析比较，验证该方法的安全性和有效性。温度直接测量技术是将测温模块直接植入电缆接头导体部位，利用接触式温度传感器直接测量导体温度，在电缆接头橡胶绝缘件外部的零电位处，安装测温天线，通过电磁耦合的方式为内置测温传感器传输能量［4］，同时读取精确的电缆温度值，从而保证电缆和测量装置的安全运行。1.试验方法1.1测温装置安装将内置测温模块植入到110kV电缆中间接头屏蔽管内部等电位处，测温热电偶探头与接头屏蔽管的等电位线一同固定在导体铜屏蔽管上，在安装电缆接头的过程中，同步完成测温模块的安装。内置测温模块方法与植入式光纤测温技术相比较，内置测温模块的结构设计和安装方法，不改变电缆接头原有的安装工艺及电气结构，在高低电位之间没有形成放电通道，可以保证电缆接头在运行中的安全性。内置测温模块的实际结构图如图1所示，植入内置测温模块和外置测温通讯天线的接头实际结构图如图2所示。2试验内容和结果2.1局部放电试验试验电压逐步升至112kV，保持10s后缓慢的降至96kV，并在此电压下按GB/T3048.12和IEC60885-3规定进行局部放电试验。室温局部放电试验在环境温度下进行，高温局部放电试验在导体温度为（95〜100）°C下进行，本次试验背景噪声为1.7pC。从图3可以看出，没有超过背景的放电，说明内置测温模块植入到110kV电缆中间接头后，没有影响接头的局部放电性能。2.2热循环电压试验按GB/T11017.3规定，对试验回路施加加热电流，加热至少8h，自然冷却至少16h，为一个周期，每一个加热周期的最后至少保持电缆导体温度在（95〜100）C温度范围内2h，共进行20次循环。在整个循环试验期间，试验回路连续施加128kV交流电压，内置测温模块植入到110kV电缆中间接头后，该接头顺利通过了热循环电压试验，这表明，内置测温模块的植入没有影响电缆中间接头的工频耐电性能。2.3雷电冲击电压试验及随后的工频电压试验将组合试样中的电缆导体加热至（95〜100）C，按GB/T3048.13规定进行雷电冲击电压试验。雷电冲击电压试验后，在室温下进行工频电压试验，为正极性的第一，和第十次，负极性的第一次和第十次。内置测温模块植入到110kV电缆中间接头后，顺利通过了550kV正负极性各10次的雷电冲击电压试验和15分钟、160kV的工频电压试验，这表明，内置测温模块的植入没有影响电缆中间接头的耐雷电冲击性能2.4测温精度测试按Q/ZTW003-2012中5.3.2规定，加热介质水至100C，将经过校验的标准测温仪与本次送检内置元件的测温探头放在介质水中进行测温对比，记录介质水冷却过程的标准温度计的温度数据和内置测温元件的测温探头的测温数据，比较20次以上测温数据，绘制30C〜100C温度曲线，结果表明，内置测温元件测温探头测量的温度与标准温度计测量的温度，测温误差为±0.5C，表明内置测温模块的测温精度比较高。2.5高温性能试验按110kV电缆中间接头型式试验，需要进行20次热循环试验，热循环试验时，测温传感器植入部件所在环境温度可能约110°C左右，并持续2小时，为了验证内置测温模块经受高温后，是否能正常测温，按Q/ZTW003-2012中5.5.2规定，将内置测温模块放入250C烘箱10分钟后取出，结果表明，内置测温模块仍能精确测量温度，这表明高温不会影响内置测温模块的精确测量。2.7温度曲线分析试验过程，设定内部温度测量的采样频率为1分钟一次，进行了20个热循环试验，取得了数万个测量数据。试验是在主回路和模拟测温回路加载相同电流情况下，将主回路测量的3个电缆接头内导体温度与模拟测温回路电缆导体温度进行对比，发现主回路和模拟测温回路加载电流的相同的情况下，主回路3个接头内部导体的温度变化和模拟测温回路电缆导体温度响应时间同步，变化趋势一致，验证了植入式电缆导芯温度测量技术的真实性和有效性。主回路3个接头内部导体的温度比模拟测温回路电缆导体温度高约5C〜12C，这是由于主回路的接头内导体和模拟测温回路导体的散热条件差异引起的。3结论通过上述试验，得出以下结论：新型高压电缆本体测温技术对电缆运行没有任何影响，同时在复杂环境下温度测量真实有效。通过试验本技术所测得温度与试验电缆本体温度趋势一致且差值不超过1C，验证了本技术的测量精度较高。安装便捷，在电缆附件安装过程中植入内置测温模块，安装工艺同电缆附件安装工艺。参考文献.罗俊华等，电力电缆线路运行温度在线检测技术应用研究.高电压技术，2007.33(1)：第169-172页..王学军与王浩川，高压电力电缆接头温度无线检测控制系统设计.核电子学与探测技术，2009.29(4)：第887-891页.牛海清，周鑫，王晓兵，等.外皮温度监测的单芯电缆暂态温度计算