关键词:
电力电缆
有限元方法
温度场
载流量
在线监测
摘要:
电力电缆的使用寿命主要决定于电缆绝缘材料的老化程度,在绝缘老化过程中,绝缘材料的温度是决定其老化速度的重要因素。载流量是电力电缆的一个基本参数,载流量计算偏高易发生电缆过载现象,造成电缆温度过高,加速老化。电缆温度过高可能提示电缆存在负荷过大或故障状态,因此,实时掌握电缆运行时的温度也将有利于其安全可靠运行。本文首先详细说明了交联聚乙烯电力电缆的结构组成,从电缆的结构上阐明电缆生热的位置及原理,为电缆温度场数值计算提供理论依据。传热有限元计算的基础是热传导、热对流、热辐射三种基本传热原理和热平衡控制方程,在此基础上,结合有限元定解条件求出温度场分布。本文利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件建立了10kV单芯电缆四回路规范敷设电缆沟几何模型,以割线法计算稳态载流量,利用温度场计算结果来定位电缆系统的最热点。针对工程中电缆沟不规则敷设情况进行建模仿真,并与规则敷设电缆沟进行结果对比,结果显示,当电缆全部敷设于电缆沟底部时,载流量规范敷设时降幅达22%,表明电缆敷设得越密集,电缆载流量越低。对电缆中间接头的热分析结果表明良好制作的中间接头线芯温度略低于两端,温差很小;当单位长度接头电阻不大于电缆本体电阻时,接头线芯与电缆本体线芯的温差不显著,随着接触电阻的升高,接头线芯温度逐渐升高。这样,通过有限元仿真定位电缆群和电缆接头的过热位置,为温度在线监测传感器布点提供理论支持,同时,仿真计算得到电缆安全运行的表皮温度上限值,解决了无法直接监测线芯温度带来的温度阈值确定难题。建立了一套电缆沟温度在线监测系统,该系统可实时采集电缆沟内温度数据。首先,对温度传感器进行标定校准和测试,利用Zigbee与GPRS相结合的方式无线传输现场数据,通过主控芯片CC2530F256编程控制,实现通过手机接收数据温度数据功能,结合仿真得到的表皮温度上限值实现温度超限预警功能。对协调器节点和终端节点程序进行设计,实现电缆沟内以及电缆沟向远端手机的通信。设备软硬件开发完成后,对设备进行了详细的实验室模拟试验和封装论证。最终,将设备安装于重庆市子山线电缆沟,持续获得现场回传温度,表明系统工作状态良好,可以有效地监测电缆的运行状态。