基于光柵光纖傳感的電力電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來,隨著我國經濟的高速發(fā)展,城市規(guī)模不斷擴大,對電力的需求也越來越大,對供電可靠性的要求也越來越高。再加上我國對城市規(guī)劃水平的不斷提高,各大城市已經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的蛛網狀架空線路,而且可以使城市更加美觀,同時還能提高供電的可靠性。如武漢主要街道的架空線路已經轉為敷設在電纜溝的110kV電壓等級的XLPE交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。隨著我國經濟的進一步發(fā)展,對電力的需求也會進一步提高

2、,這就需要更高等級的電力電纜來提高輸送電能的能力。電力電纜一般是敷設于專門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行管理和監(jiān)測維護以延長其使用壽命變的越來越重要。其實A.E.Kennelly-早在1893年就已經開始對埋地電力電纜載流量進行研究。隨后由Neher和McGrath做了進一步的研究,而他們的研究工作正是IEC—60287的基礎。
　　本文所研究的基于光纖光柵的電力電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)主要從下面幾

3、個方面展開:首先是采用何種方式獲得溫度參數。由于電力電纜的鋪設距離一般都長達幾公里,所以測量信號的傳遞是一個不容忽視的問題;另外電力電纜有的鋪設在電纜隧道中,但目前有大量是直接埋在土壤中的,對測量器件的耐腐蝕性、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電力電纜的測溫要求。本文通過討論光纖光柵測溫傳感技術工作原理,分析光纖光柵測溫傳感技術的信號傳遞,介紹光纖光柵測溫傳感器的物理化學特性以及工作環(huán)境等多方面對光纖光柵溫度傳感器

4、進行介紹。并探討光纖光柵測溫系統(tǒng)如何實現(xiàn)對電力電纜所需溫度參數進行監(jiān)測。其次是如何將監(jiān)測到的溫度參數轉換為和電力相關的載流量等參數。在此方面前人已經做過相關的研究,IEC也有相關計算標準。本文首先介紹電力電纜的基本組成結構,逐層剖析電力電纜的發(fā)熱原理以及熱量傳播和擴散的基本路徑。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電的電路、對熱量的傳播具有阻礙或存儲功能的結構看作電路中的基本元件,如電阻、電容等,由此建立熱路

5、和電路之間的對應關系,采用集中參數法對電力電纜建立較為完整的熱路模型。根據建立的電力電纜熱路模型推導電力電纜在穩(wěn)態(tài)時載流量與環(huán)境溫度以及電力電纜表皮溫度之間的數學關系;參照IEC標準,對所建熱路模型進行化簡,得到相對簡單的具有二支網絡結構電力電纜熱路模型,并對其進行數學推導,得到在暫態(tài)下電力電纜導體溫度相對于表皮溫度的暫態(tài)溫升,從而得到導體在暫態(tài)時的溫度變化。本文還對電力電纜所在介質(敷設環(huán)境)建立數學模型,分析介質中熱量的傳播。比如敷

6、設在土壤中的電力電纜,由于土壤的散熱速度和土質、土壤濕度等多方面因素有關,本文采用指數積分函數對其進行描述。對于電力電纜的絕緣特性一直沒有一種較為實時的判斷,本文通過對絕緣層介電常數ε和絕緣層介質損耗角正切值tgδ的物理意義及在電力電纜中的應用,建立絕緣特性和絕緣層溫度降的數學關系,實時判斷絕緣特性的變化情況。最后,本文根據所建熱路模型和IEC相關計算標準,用VB編寫電力電纜載流量計算軟件。簡要介紹基于光纖光柵的電力電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)的物