[发明专利]一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法

说明书

本发明公开一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法，包括：采用基于有限元的电磁热耦合法，针对不同接地方式与运行工况下电缆，计算与分析不同常见护层故障下电缆温升情况，根据电缆护层故障后温升情况，进行电缆护层故障判断：当电缆温度异常时，对比同一位置处三相电缆温度变化，选取温升最大的电缆相，沿该相电缆轴向测量外表皮温度，从始端开始测量，若温度出现不断升高或降低，之后趋于稳定，即可判定为护层接地故障，并且故障点位于出现温升处或温度趋于稳定处。本发明根据电缆前后温差情况进行故障定位，尽快检修处理，进而减少后续事故的发生。

技术领域

本发明属于电力设备故障诊断与监测技术领域，具体涉及一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法。

背景技术

温度是电缆安全运行的重要指标，影响电缆温度的因素包括：负荷波动、金属护层环流变化及环境温度等，其中，由金属护层故障导致环流变化最为常见，环流的增长导致电缆运行温度异常，一方面，现有方法均采用IEC60287标准的热路分析法计算电缆温度，该方法中环流损耗根据接地方式经验选取，没有考虑电缆实际环流值、多回路运行及实际运行环境(如隧道内存在通风降温装置)等因素，不能对护层发生不同故障后护层环流变化导致的温度变化进行计算。另一方面，目前，针对电缆护层故障定位方法以钳式电流表实测护层环流值最为常见，由于实际运行中，护层环流极其容易受外界电磁波的干扰(如无线通讯设备等)，其瞬时值波动较大，对其监测易出现误判，很难设置准确的阈值来投切电缆的运行，该方法在实际工程中无法准确而有效的对电缆运行状态进行判断进而定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法，具有较高的安全性和可靠性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于温度特性的电缆护层故障定位方法，包括：

针对不同接地方式与运行工况下三相电缆，计算正常运行时金属护层电流，并计算三相电缆各相运行温度，以此温度作为三相电缆运行正常温度的参考值；

针对不同护层接地方式的线路，计算不同护层故障下金属护层电流以及三相电缆各相运行温度；

将不同护层故障下所计算的三相电缆各相运行温度与三相电缆运行正常温度的参考值对比；

根据对比结果，对故障点进行定位；

所述计算三相电缆各相运行温度，包括：

建立三相电缆的二维或三维仿真模型，并划分网格；

在仿真模型中，对三相电缆线芯施加工频交流电压，采用电磁场频域计算得到三相电缆的电场分布和绝缘介质损耗；

在仿真模型中，对三相电缆线芯与金属护层同时施加工频交流电流，采用电磁场频域计算得到电缆的矢量磁位，进而得到电缆线芯与金属护层的电磁损耗；

将计算得到的绝缘介质损耗，电缆线芯与金属护层的电磁损耗以热源形式施加到对应的三相电缆层上，同时加载热传递、空气对流及热辐射的边界条件耦合求解三相电缆的温度；

判断计算是否收敛，若不收敛，则返回上一步继续迭代求解；若收敛，则输出三相电缆温度结果。

进一步的，所述建立三相电缆的二维或三维仿真模型，并划分网格，包括：

采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立三相电缆的二维或三维仿真模型，并输入电缆材料参数，包括相对磁导率、相对介电常数、电导率、密度、恒压热容和导热系数。

进一步的，所述采用电磁场频域计算得到三相电缆的电场分布和绝缘介质损耗，包括：

E＝-▽V

J₁＝σE