[发明专利]单芯电缆导体热性参数的确定方法及系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及电力电缆技术领域，特别涉及一种单芯电缆导体热性参数的确定方法及系统。

【背景技术】

随着城市建设和电力建设的快速发展，电力电缆逐渐成为电能输送的主要方式。对于电力电缆，一个基本的参数是电缆载流量。当电缆超载流量运行时，容易引起电缆故障，同时加速电缆的绝缘老化，不利于电网的安全运行；而当电缆载流量小于设定值时，电缆载流能力得不到充分的利用，不符合经济原则。因此需要准确计算电缆的载流量。

通过建立热路模型的解析算法是一种应用比较广泛的计算电缆载流量的方法。利用热阻、热容、热源等元件代表电缆各层材料的传热特性，建立一维的暂态热路模型，通过计算电缆导体的交流电阻、介质损耗、热阻、热容、温度变化等热性参数即可计算出电缆的载流量。这一方法的准确度取决于热路模型中参数的取值与实际值的误差。例如在计算电缆导体温度时，在IEC60853标准中，不考虑暂态模型中热性参数的动态特性，引入了较大的误差，不利于电缆导体热性参数的准确计算。

【发明内容】

基于此，本发明提供一种单芯电缆导体热性参数的确定方法及系统，通过考虑热阻的动态特性，优化单芯电缆的暂态热路模型，实现电缆导体热性参数以及电缆载流量的准确计算。

本发明实施例的内容如下：

一种单芯电缆导体热性参数的确定方法，包括如下步骤：

将单芯电缆的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层归并处理为等效绝缘层，并将所述等效绝缘层进行分层处理；

分别建立分层处理后每一个等效绝缘层分层的微元圆筒壁暂态热路模型以及单芯电缆其余各层的微元圆筒壁暂态热路模型；

按照单芯电缆的实际结构串接所述每一个等效绝缘层分层以及单芯电缆其余各层的微元圆筒壁暂态热路模型，生成单芯电缆的优化暂态热路模型；

根据所述优化暂态热路模型获得单芯电缆导体热性参数。

相应的，本发明提供一种单芯电缆导体热性参数的确定系统，包括：

分层模块，用于将单芯电缆的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层归并处理为等效绝缘层，并将所述等效绝缘层进行分层处理；

微元建模模块，用于建立分层处理后每一个等效绝缘层分层的微元圆筒壁暂态热路模型以及单芯电缆其余各层的微元圆筒壁暂态热路模型；

生成模块，用于按照单芯电缆的实际结构串接所述每一个等效绝缘层分层以及单芯电缆其余各层的微元圆筒壁暂态热路模型，生成单芯电缆的优化暂态热路模型；

计算模块，用于根据所述优化暂态热路模型获得单芯电缆导体热性参数。

本发明考虑到等效绝缘层厚度较大，温度梯度大，将等效绝缘层分为多层，实现近似分布参数处理，进一步优化了单芯电缆的暂态热路模型；利用上述的优化暂态热路模型进行单芯电缆导体热性参数的求解，能够显著提高精度，有效降低了电缆载流量的计算误差。

【附图说明】

图1为本发明实施例中单芯电缆的剖面结构图；

图2为本发明实施中一种单芯电缆导体热性参数的确定方法的流程示意图；

图3为本发明实施例中微元圆筒壁暂态热路模型对应的τ形结构图；

图4为本发明实施例中单芯电缆优化暂态热路模型的结构图；

图5为本发明实施例中测量单芯电缆导体温度的实验系统的原理图；

图6为本发明实施例中单芯电缆导体温度计算值相对误差的标准差的曲线图；

图7为本发明实施例中单芯电缆导体热性参数的确定系统的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明的内容作进一步描述。

常见的单芯电缆包括导体、绝缘层、垫层、气隙层、金属护套层以及外护层等主要部分，还包括导体屏蔽层以及绝缘屏蔽层，这两层很薄。

图1是一种单芯电缆的剖面结构图，在图1所示的单芯电缆中，垫层为绕包带，金属护套层为皱纹铝套。

首先，为了实现单芯电缆暂态模型的优化，根据电缆的结构特点，同时基于实际运行情况，作出以下几点假设：

(1)假设电缆各层材料的几何参数恒定，忽略温度对于几何参数的影响；

(2)假设电缆轴对称且沿圆周方向均匀传热，即热量沿径向一维传导，忽略轴向传热；

(3)假设单芯电缆的导体、垫层、气隙层、金属护套层以及外护层均为发热均匀的等温体。

基于上述几点假设，本发明实施中提供一种单芯电缆导体热性参数的确定方法，如图2所示，包括如下步骤：