新型高壓電力電纜本體溫度監(jiān)測技術(shù)的試驗驗證

張四維 范文政

摘要：實時準確的測量電纜導(dǎo)體運行溫度是電纜運行狀態(tài)監(jiān)測非常重要的參數(shù)之一，目前運行電纜溫度測量主要運用分布式光纖測溫技術(shù)，通過理論計算，推算出導(dǎo)體溫度，但電纜敷設(shè)環(huán)境非常復(fù)雜，現(xiàn)有測溫技術(shù)受復(fù)雜環(huán)境影響后很難準確實時測量電纜導(dǎo)體運行溫度。本文介紹一種新型電纜接頭本體溫度直接測量技術(shù)，并對該技術(shù)進行了試驗驗證，該技術(shù)可以精確測量運行電纜導(dǎo)體的實時溫度，及時發(fā)現(xiàn)電纜運行時的故障隱患。

關(guān)鍵詞：電纜本體，溫度檢測，在線監(jiān)測，電磁感應(yīng)，無線能量傳輸

0.引言

目前電力電纜已經(jīng)成為城市電力網(wǎng)架的主要組成部分，同時也對電網(wǎng)的管理模式提出更高的要求。據(jù)統(tǒng)計，電纜運行故障更多表現(xiàn)在電纜接頭故障，電纜在極端天氣、大電流條件下運行時接頭內(nèi)溫度較高，絕緣材料加速熱老化，并導(dǎo)致接頭絕緣破壞而引發(fā)故障。若對接頭內(nèi)部導(dǎo)體運行溫度實時監(jiān)測，可以有效減少電纜接頭故障，同時通過測量接頭內(nèi)部導(dǎo)體運行溫度，可以計算電纜的動態(tài)載流量，使電力調(diào)度部門可以隨時調(diào)整電纜線路負荷，保障電纜線路應(yīng)急過負荷的安全運行，提高電纜線路的利用率。

目前電纜測溫主要采用電纜分布式光纖測溫系統(tǒng)（DTS），該技術(shù)主要通過在電纜外護套表面敷設(shè)光纖，對電纜外護套進行溫度測量，通過熱阻平衡等模型算法來等效電纜導(dǎo)體溫度[1][2]，由于電纜敷設(shè)環(huán)境非常復(fù)雜，加上熱傳導(dǎo)對表面溫度的時差影響，很難實時有效的監(jiān)測電纜運行導(dǎo)體溫度[3]。

本文介紹一種新型電纜接頭內(nèi)導(dǎo)體運行溫度直接測量技術(shù)，并通過多次、多點試驗，進行大量的數(shù)據(jù)分析比較，驗證該方法的安全性和有效性。溫度直接測量技術(shù)是將測溫模塊直接植入電纜接頭導(dǎo)體部位，利用接觸式溫度傳感器直接測量導(dǎo)體溫度，在電

纜接頭橡膠絕緣件外部的零電位處，安裝測溫天線，通過電磁耦合的方式為內(nèi)置測溫傳感器傳輸能量[4]，同時讀取精確的電纜溫度值，從而保證電纜和測量裝置的安全運行。

1.試驗方法

1.1 測溫裝置安裝

將內(nèi)置測溫模塊植入到110kV電纜中間接頭屏蔽管內(nèi)部等電位處，測溫熱電偶探頭與接頭屏蔽管的等電位線一同固定在導(dǎo)體銅屏蔽管上，在安裝電纜接頭的過程中，同步完成測溫模塊的安裝。內(nèi)置測溫模塊方法與植入式光纖測溫技術(shù)相比較，內(nèi)置測溫模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝方法，不改變電纜接頭原有的安裝工藝及電氣結(jié)構(gòu)，在高低電位之間沒有形成放電通道，可以保證電纜接頭在運行中的安全性。

內(nèi)置測溫模塊的實際結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，植入內(nèi)置測溫模塊和外置測溫通訊天線的接頭實際結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2 試驗內(nèi)容和結(jié)果

2.1? 局部放電試驗

試驗電壓逐步升至 112 kV，保持 10 s 后緩慢的降至 96 kV，并在此電壓下按 GB/T 3048.12 和IEC 60885-3 規(guī)定進行局部放電試驗。室溫局部放電試驗在環(huán)境溫度下進行，高溫局部放電試驗在導(dǎo)體溫度為 （95～100） ℃ 下進行，本次試驗背景噪聲為 1.7 pC。

從圖3可以看出，沒有超過背景的放電，說明內(nèi)置測溫模塊植入到110kV電纜中間接頭后，沒有影響接頭的局部放電性能。

2.2? 熱循環(huán)電壓試驗

按 GB/T 11017.3 規(guī)定，對試驗回路施加加熱電流，加熱至少 8 h，自然冷卻至少 16 h，為一個周期，每一個加熱周期的最后至少保持電纜導(dǎo)體溫度在 （95～100） ℃ 溫度范圍內(nèi) 2 h，共進行 20 次循環(huán)。在整個循環(huán)試驗期間，試驗回路連續(xù)施加 128 kV 交流電壓，內(nèi)置測溫模塊植入到110kV電纜中間接頭后，該接頭順利通過了熱循環(huán)電壓試驗，這表明，內(nèi)置測溫模塊的植入沒有影響電纜中間接頭的工頻耐電性能。

2.3? 雷電沖擊電壓試驗及隨后的工頻電壓試驗

將組合試樣中的電纜導(dǎo)體加熱至 （95～100）℃，按 GB/T 3048.13 規(guī)定進行雷電沖擊電壓試驗。雷電沖擊電壓試驗后，在室溫下進行工頻電壓試驗，為正極性的第一，和第十次，負極性的第一次和第十次。內(nèi)置測溫模塊植入到110kV電纜中間接頭后，順利通過了550kV正負極性各10次的雷電沖擊電壓試驗和15 分鐘、160kV的工頻電壓試驗，這表明，內(nèi)置測溫模塊的植入沒有影響電纜中間接頭的耐雷電沖擊性能

2.4 測溫精度測試

按Q/ZTW 003-2012中5.3.2規(guī)定，加熱介質(zhì)水至100℃，將經(jīng)過校驗的標準測溫儀與本次送檢內(nèi)置元件的測溫探頭放在介質(zhì)水中進行測溫對比，記錄介質(zhì)水冷卻過程的標準溫度計的溫度數(shù)據(jù)和內(nèi)置測溫元件的測溫探頭的測溫數(shù)據(jù)，比較20次以上測溫數(shù)據(jù)，繪制30℃～100℃溫度曲線，結(jié)果表明，內(nèi)置測溫元件測溫探頭測量的溫度與標準溫度計測量的溫度，測溫誤差為±0.5 ℃，表明內(nèi)置測溫模塊的測溫精度比較高。

2.5? 高溫性能試驗

按110kV電纜中間接頭型式試驗，需要進行20次熱循環(huán)試驗，熱循環(huán)試驗時，測溫傳感器植入部件所在環(huán)境溫度可能約110℃ 左右，并持續(xù)2小時，為了驗證內(nèi)置測溫模塊經(jīng)受高溫后，是否能正常測溫，按Q/ZTW 003-2012中5.5.2規(guī)定，將內(nèi)置測溫模塊放入250℃烘箱10分鐘后取出， 結(jié)果表明，內(nèi)置測溫模塊仍能精確測量溫度，這表明高溫不會影響內(nèi)置測溫模塊的精確測量。

2.7 溫度曲線分析

試驗過程，設(shè)定內(nèi)部溫度測量的采樣頻率為1分鐘一次， 進行了20個熱循環(huán)試驗，取得了數(shù)萬個測量數(shù)據(jù)。試驗是在主回路和模擬測溫回路加載相同電流情況下，將主回路測量的3個電纜接頭內(nèi)導(dǎo)體溫度與模擬測溫回路電纜導(dǎo)體溫度進行對比，發(fā)現(xiàn)主回路和模擬測溫回路加載電流的相同的情況下，主回路3個接頭內(nèi)部導(dǎo)體的溫度變化和模擬測溫回路電纜導(dǎo)體溫度響應(yīng)時間同步，變化趨勢一致，驗證了植入式電纜導(dǎo)芯溫度測量技術(shù)的真實性和有效性。

主回路3個接頭內(nèi)部導(dǎo)體的溫度比模擬測溫回路電纜導(dǎo)體溫度高約5℃～12℃，這是由于主回路的接頭內(nèi)導(dǎo)體和模擬測溫回路導(dǎo)體的散熱條件差異引起的。

3 結(jié)論

通過上述試驗，得出以下結(jié)論：

1）新型高壓電纜本體測溫技術(shù)對電纜運行沒有任何影響，同時在復(fù)雜環(huán)境下溫度測量真實有效。

2）通過試驗本技術(shù)所測得溫度與試驗電纜本體溫度趨勢一致且差值不超過1℃，驗證了本技術(shù)的測量精度較高。

3）安裝便捷，在電纜附件安裝過程中植入內(nèi)置測溫模塊，安裝工藝同電纜附件安裝工藝。

參考文獻

[1].羅俊華等， 電力電纜線路運行溫度在線檢測技術(shù)應(yīng)用研究. 高電壓技術(shù)， 2007. 33（1）： 第169-172頁.

[2].王學(xué)軍與王浩川， 高壓電力電纜接頭溫度無線檢測控制系統(tǒng)設(shè)計. 核電子學(xué)與探測技術(shù)， 2009. 29（4）： 第887-891頁.

[3]牛海清，周鑫，王曉兵，等.外皮溫度監(jiān)測的單芯電纜暫態(tài)溫度計算與試驗[J].高電壓技術(shù)，2009，35（9）：2138-2143.

[4]楊慶新，陳海燕，徐桂芝，等.無接觸電能傳輸技術(shù)的研究進展[J].電工技術(shù)學(xué)報，

[5]羅俊華，周作春，李華春，等.電力電纜線路運行溫度在線檢測技術(shù)應(yīng)用研究[J].高電壓技術(shù)，2007，33（1）：169-172.