一种适应两种边界温度的电缆暂态温升获取方法技术

本发明专利技术涉及一种适应两种边界温度的电缆暂态温升获取方法，包括以下步骤：1)获取单回电缆的固有系数，根据固有系数采用有限元计算获取给定电缆热载荷与线芯温升的响应曲线；2)构建单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型，并根据电缆热流与线芯温升的响应曲线计算单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型的参数；3)对构建好的单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型进行参数调整；4)获取单回电缆的实际运行的电缆热载荷以及两种边界温度的实际差值，计算单回电缆线芯的整体暂态温升。与现有技术相比，本发明专利技术具有适应两种温度边界条件、不依赖表皮温度等优点。

A method for obtaining transient temperature rise of cable for two kinds of boundary temperature

The invention relates to a cable to the transient temperature of two kinds of boundary temperature acquisition method, which comprises the following steps: 1) the inherent coefficient to obtain single cable back, according to the response curve of natural coefficient finite element calculation for a given cable thermal load and core temperature rise; 2) the transient temperature rise model of cable in cable back to Gou Jiandan two kinds of boundary temperature conditions, the transient temperature rise model parameters of cable and cable according to the response curve of heat flux and temperature rise calculation of single core cables in two kinds of boundary temperature conditions; 3) on the transient temperature of single cable cable lines constructed in two kinds of boundary conditions of temperature rise model parameters adjustment; 4) cable thermal load running back for single cable and the difference of two kinds of boundary temperature, the transient temperature calculation of single core cable line back up. Compared with the prior art, the invention has the advantages of being suitable for two temperature boundary conditions and no dependence on the skin temperature.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电缆运行
，尤其是涉及一种适应两种边界温度的电缆暂态温升获取方法。
技术介绍
由于电力电缆运行的特殊性，一般不可能通过直接测量去获得电力电缆线芯温度，特别是线芯实时的暂态温度，因此技术人员提出了多种方法去计算电力电缆线芯温度，均为基于数值解和试验结果的工程公式或近似公式。如基于IEC60287标准是一种经典的计算电力电缆线芯温度的计算方法、基于数值计算的载流量求解方法。对于实际运行中的电缆采用数值法求解，考虑到工况的复杂性，所需计算量巨大，具体实施中效率很低，需要的计算时间非常长，而在实际运用当中，运行人员希望的是能够实时获知电力电缆线芯暂态温度，相对于数值计算的时间，这种实时性是无法得到保证的。2)由于计算的限制，因此运行中多采用加装光线测温等装置来获取电缆表皮温度，进而推算出电缆线芯温度的方法，其原理如图1所示。实际运行中也发挥了一定的作用其中，I1为电缆损耗热流，U1为线芯温度，U0为表皮温度，R1为“线芯-表皮”热阻，C1为“线芯-表皮”热容。然而该类方法存在若干缺陷：严重依赖测温装置的健康状况，测温偏差、传输通讯等缺陷将直接制约电缆设备运行的选择。考虑到一回电缆存在若干断面需要进行监测，这样就需要加装多套测温装置，因此整体系统的可靠性极低，这也是目前该类方法无法大范围直接应用的根本原因；为提高装置/系统的整体可靠性，需要增强冗余设计、甚至多套并装的方法，这不仅增大了装置/系统一次投资，而且给后续的运行维护带来了巨大工作量。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适应两种边界温度的电缆暂态温升获取方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种适应两种边界温度的电缆暂态温升获取方法，用以不依赖电缆表皮温度在两种边界温度条件下获取单回电缆的整体暂态温升，包括以下步骤：1)获取单回电缆的固有系数，包括电缆密度、电缆比热容、调和导热系数以及与单回电缆相关土壤的土壤密度、土壤比热容和土壤换热系数，并根据固有系数采用有限元计算获取给定电缆热载荷与线芯温升的响应曲线；2)构建单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型，并根据电缆热流与线芯温升的响应曲线计算单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型的参数；3)对构建好的单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型进行校验，并对参数进行调整；4)获取单回电缆的实际运行的电缆热载荷以及两种边界温度的实际差值，根据调整后的单回电缆在两种边界温度条件下电缆暂态温升模型计算单回电缆线芯的整体暂态温升。所述的步骤2)具体包括以下步骤：21)构建单回电缆在两种边界温度条件下的物理模型；22)根据电缆热流与线芯温升的响应曲线获得单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型的具体参数，包括电缆线芯对第一种边界温度的等效热阻R1、电缆线芯对第二种边界温度等效热阻R2以及过渡参数C1、C2与R0；23)结合物理模型和具体参数最终得到单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型。所述的步骤22)具体包括以下步骤：221)设置两种边界温度一致和两种边界温度有差的两种工况，根据电缆热流与线芯温升响应曲线中稳态响应的数值，联立求解获取电缆线芯对第一种温度边界条件的等效热阻R1以及电缆线芯对第一种温度边界条件的等效热阻R2的具体数值；222)将求取的电缆线芯对第一种温度边界条件的等效热阻R1以及电缆线芯对第一种温度边界条件的等效热阻R2代入电缆暂态温升模型中，并进行响应曲线拟合确定过渡参数C1、C2与R0的具体数值，在相同的给定电缆热载荷条件下使其响应与电缆热流与线芯温升响应曲线相合。所述的步骤23)中，单回电缆在两种温度边界条件下的电缆暂态温升模型为：Q1＝I1+I2+I3+I4R1*I3＝T11R2*I4＝T11T12＝V1*R1/(R1+R2)T1＝T11+T12其中，Q1为电缆热载荷，V1为两种边界温度的差值，其为一定值，T1为在两种环境温度条件下单回电缆线芯的整体暂态温升，T11为边界温度一致工况下的电缆芯线温升，T12为边界温度有差工况下的电缆芯线温升，I1、I2、I3和I4分别为单回电缆在两种温度边界条件下的电缆暂态温升模型的四条热流支路对应的热流值。所述的步骤4)中，所述的步骤222)中，通过遗传算法获取C1、C2与R0的具体数值。所述的步骤4)中，电缆热载荷Q1的计算式为：Q1＝I2*RR＝R′(1+Ys+Yp)R′＝R0[1+α(θ-20)]其中，I为电缆电流，R为电缆交流电阻，R′为最高运行温度下导体直流电阻，Ys为集肤效应因数，Yp为邻近效应因数，R0为20℃时导体直流电阻，α为20℃时铜导体的温度系数，θ为运行温度。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：通过本专利技术专利，借鉴“降阶”思路，提出了基于时域响应的、不依赖表皮温度、适应两种环温的电缆暂态温升快速计算模型，与通行的有限元方法与传统热路法相比较，该模型具备可靠的准确度，精炼的结构，能够适应不同的边界条件，从而克服数值计算方法时效性差、实时监测方法可靠性差的缺点，为电缆设备实际运行提供直接依据。附图说明图1为现有单根电力电缆集总参数热路图。图2为不依赖于表皮温度的单回电力电缆集总参数暂态热路图。图3为不依赖于表皮温度、适应两种环境温度的单根电力电缆集总参数暂态热路图。图4为不依赖于表皮温度、适应两种环境温度的单根电力电缆暂态热路图。图5为有限元计算模型。图6为有限元计算结果。图7为参数提取遗传算法的进化过程。图8为不依赖于表皮温度的单根电力电缆集总参数暂态热路图。图9为两种边界条件下本专利技术模型计算结果与有限元计算结果的比较结果图。图10为特定工况下本专利技术模型计算结果与有限元计算结果的比较结果图。图11为模型拆分计算原理图。图12为模型计算原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例：1、本方法的原理单回电缆的发热主要取决于电缆损耗与所处断面的热学特征，前者与运行电流及运行温度有明确的对应关系，可直接应用；而后者主要取决于断面的几何参数、各部分的物理参数，可认为在运行温度范围内，物理参数保持不变，这些为模型的建立提供了理论依据。与图1所示的依赖于表皮温度测量的暂态模型不同，以单回电缆暂态温升模型的温度参考点为环境温度，模型如图2所示。其中，C1为电缆自身热容，C2为断面等效热容，R1为断面等效热容的平衡热阻，R2为电缆线芯对环境的等效热阻，L1为断面等效热阻的平衡热感。此模型的确定不依赖于电缆本身发热量或电流大小，只与电缆周围材料的热特性相关，而一般运行温度范围内该类特性可认为基本不变，这样在变换电缆电流时就无需重复有限元等数值计算，直接通过简单的矩阵和迭代即可获得满意的结果。然而，该模型在适应两种温度边界条件方面存在不足，主要表现为：模型建立非常困难，需要确定的参数较多，求解过程繁琐，效率较低。以两种环境温度为例，需建立的模型如图3所示。其中，C1为电缆自身热容；Q1为电缆热载荷；T1为两种环温的差值；区域A对应向第一种环温的散热，C2为对应断面等效热容，R1为对应断面等效热容的平衡热阻，R2为电缆线芯对对应环温的等效热阻，L1为对应断面等效热阻的平衡热感；区域B对应向第二种环温的散热，C3为对应断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应两种边界温度的电缆暂态温升获取方法，用以不依赖电缆表皮温度在两种边界温度条件下获取单回电缆的整体暂态温升，其特征在于，包括以下步骤：1)获取单回电缆的固有系数，包括电缆密度、电缆比热容、调和导热系数以及与单回电缆相关土壤的土壤密度、土壤比热容和土壤换热系数，并根据固有系数采用有限元计算获取给定电缆热载荷与线芯温升的响应曲线；2)构建单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型，并根据电缆热流与线芯温升的响应曲线计算单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型的参数；3)对构建好的单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型进行校验，并对参数进行调整；4)获取单回电缆的实际运行的电缆热载荷以及两种边界温度的实际差值，根据调整后的单回电缆在两种边界温度条件下电缆暂态温升模型计算单回电缆线芯的整体暂态温升。

【技术特征摘要】
1.一种适应两种边界温度的电缆暂态温升获取方法，用以不依赖电缆表皮温度在两种边界温度条件下获取单回电缆的整体暂态温升，其特征在于，包括以下步骤：1)获取单回电缆的固有系数，包括电缆密度、电缆比热容、调和导热系数以及与单回电缆相关土壤的土壤密度、土壤比热容和土壤换热系数，并根据固有系数采用有限元计算获取给定电缆热载荷与线芯温升的响应曲线；2)构建单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型，并根据电缆热流与线芯温升的响应曲线计算单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型的参数；3)对构建好的单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型进行校验，并对参数进行调整；4)获取单回电缆的实际运行的电缆热载荷以及两种边界温度的实际差值，根据调整后的单回电缆在两种边界温度条件下电缆暂态温升模型计算单回电缆线芯的整体暂态温升。2.根据权利要求1所述的一种适应两种边界温度的电缆暂态温升获取方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：21)构建单回电缆在两种边界温度条件下的物理模型；22)根据电缆热流与线芯温升的响应曲线获得单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型的具体参数，包括电缆线芯对第一种边界温度的等效热阻R1、电缆线芯对第二种边界温度等效热阻R2以及过渡参数C1、C2与R0；23)结合物理模型和具体参数最终得到单回电缆在两种边界温度条件下的电缆暂态温升模型。3.根据权利要求2所述的一种适应两种边界温度的电缆暂态温升获取方法，其特征在于，所述的步骤22)具体包括以下步骤：221)设置两种边界温度一致和两种边界温度有差的两种工况，根据电缆热流与线芯温升响应曲线中稳态响应的数值，联立求解获取电缆线芯对第一种温度边界条件的等效热阻R1以及电缆线芯对第一种温度边界条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅晨钊，司文荣，李红雷，姚周飞，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，华东电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31