一种电缆导体温度间接测量方法技术

一种电缆导体温度间接测量方法，在电缆外表皮选取测量点E，电缆通流后用温度传感器采集E点的温度值，得到测量点温度测量值集Tm(t)；建立电缆温度场有限元模型，对电缆温度场进行分析计算，得到E点温度计算值TE；通过对E点温度实测值Tm(t)与计算值TE之间的误差进行处理，对温度场模型中的初始热参数进行修正；用修正后的热参数代替原先的初始热参数载入到有限元热模型中，从而获取表面温度和导体温度的对应关系表，测量到表面温度后利用查表方式得到导体温度。本发明专利技术通过对电缆内部材料的热参数进行辨识从而校正电缆的温度场模型，在校正后的温度场模型基础上得到正确的表面温度与导体温度的对应关系，从而通过对表面温度的测量间接得出导体温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传输电缆
，尤其是一种电缆导体温度间接测量方法。
技术介绍
电力电缆是城市输配电网络的核心载体，近些年来使用数量不断增加。电缆运行中由于电流流过导体线芯，引起线芯焦耳损耗、主绝缘介质损耗以及金属护套损耗等，造成电缆导体温度升高。导体温度过高将加速材料老化、缩短电缆使用寿命，甚至是发生击穿事故。因此，从电力电缆自身的安全运行角度出发，需要对电力电缆的导体温度进行实时监测。通过传感器直接测量电缆导体温度在电缆运行中难以实现，目前主要采用一些间接测量电缆导体温度的方法，主要是解析计算方法和数值计算方法。解析法以IEC标准为代表，根据电缆的结构详细分析每个介质层的结构和热学特征，逆向分析热流传导过程，推算导体温度。这种方法往往基于以下假设：(1)大地表面为等温面；(2)电缆表面为等温面；(3)叠加原理适用。但实际中电缆敷设环境复杂，往往无法满足以上的计算条件。数值计算方法以有限元法为代表，通过对电缆温度场进行有限元计算，获取不同载荷、边界条件下的表面温度和导体温度的对应关系表，测量到表面温度后利用查表方式得到导体温度。该方法的不足之处是电缆温度场建模中需要标定电缆内部不同材料的热参数值，而厂家往往不能提供这些参数值。即使可以提供，这些值在电缆的长期运行中也会由于老化等原因发生很大的变化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种电缆导体温度间接测量方法，通过对电缆内部材料的热参数进行辨识从而校正电缆的温度场模型，在校正后的温度场模型基础上得到正确的表面温度与导体温度的对应关系，从而通过对表面温度的测量间接得出导体温度。本专利技术所采用的技术方案是：一种电缆导体温度间接测量方法，包括以下步骤：步骤1、在电缆外表皮选取测量点E，电缆通流后用温度传感器采集E点的温度值，得到测量点温度测量值集Tm(t)；步骤2、根据电缆的结构参数、初始热参数、实测时电缆的载荷值和所处环境建立电缆温度场有限元模型，对电缆温度场进行分析计算，得到E点温度计算值TE；步骤3、通过对E点温度实测值Tm(t)与计算值TE之间的误差进行处理，对温度场模型中的初始热参数进行修正；步骤4、用修正后的热参数代替原先的初始热参数载入到有限元热模型中，在此模型的基础上进行温度场计算，从而获取不同载荷、边界条件下的表面温度和导体温度的对应关系表，测量到表面温度后利用查表方式得到导体温度。进一步的，本专利技术方法中，所述步骤1中的温度测量是在电缆表面选定点敷设热电偶传感器，传感器通过连接导线接入测控仪，测控仪可控制传感器温度采集的周期，为保证实测数据的数量可以有效用于后续步骤的开展，需保证一定的温度测量时长。进一步的，本专利技术方法中，步骤2中电缆温度场计算包括以下步骤：(2.1)、根据结构参数G对电缆进行几何建模；(2.2)、指定电缆内部不同材料的初始热参数x0，包括材料热传导率、密度、比热容；(2.3)、对几何模型进行网格划分；(2.4)、指定热载荷(负荷电流I)、初始温度T0和边界条件B(边界对流换热系数和环境温度)；(2.5)、求解计算电缆的温度场并提取E点的温度计算值。进一步的，本专利技术方法中，步骤3中对温度场模型中初始热参数进行修正的过程为：(3.1)、基于计算值与实测值的目标函数的构建；电缆的瞬态热特性取决于以下5个参数：1)负荷电流I；2)初始温度T0；3)电缆表面的边界条件B；4)电缆结构参数G；5)电缆材料的热参数x。所以，E的温度计算值TE的函数表达式可表达为TE＝f(I,T0,B,G,x)，式子f表明TE是输入变量组I,T0,B,G,x非线性映射的输出结果。上述5个参数中，热参数x在电缆长期运行中受材料老化等因素影响变化较大，无法准确获取；负荷电流I、初始温度T0可由相应设备进行测量；边界条件B可由经验公式计算得到；结构参数G厂家会有手册说明。结合分析，TE函数表达式的输入变量组中除热参数X之外另外4个参数T0，B，G，I都可视为常数，于是可将E的温度计算值TE视为热参数X的映射，记为TE＝TE(t,x)。式中x即为电缆内部材料的热参数，t为时间。由以上分析可看出，热参数x是影响温度场计算结果的重要因素，而往往温度场有限元计算中选用的初始热参数x0只是经验数值，可能与实际值偏差较大，必须进行修正。本专利技术结合E点的计算温度值与实测温度值Tm(t)来构造目标函数F，通过对F进行最小化处理来实现初始热参数x0中相关元素的修正，其中目标函数式中，x为所有热参数集合，x＝(x1,x2,…,xn)；N是实测值总数；⊿t测量时间间隔，⊿t＝TD/N，其中TD为测量时间。(3.2)、以所述目标函数取得全局最小值为停止条件，通过最速下降法进行迭代求解，得到热参数的修正值x*，具体步骤如下：(3.2.1)以初始热参数x0作为初点，设置允许误差ε＝0.1，置k＝1；(3.2.2)计算搜索方向d(k)，其中：式中，目标函数F相对X中的第j个参数xj的偏微分可由式(1)求得： ∂ F ∂ x j = 2 Σ 1 N [ 1 - T E ( j Δ t , x ) T m ( j Δ t ) ] Δ t T m ( j Δ t ) ∂ T E ( j Δ t , x ) ∂ x j - - - ( 1 ) ]]>其中TE(jΔt,x)相对xj的偏微分由式(2)求得： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电缆导体温度间接测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、在电缆外表皮选取测量点E，电缆通流后用温度传感器采集E点的温度值，得到测量点温度测量值集Tm(t)；步骤2、根据电缆的结构参数、初始热参数、实测时电缆的载荷值和所处环境建立电缆温度场有限元模型，对电缆温度场进行分析计算，得到E点温度计算值TE；步骤3、通过对E点温度实测值Tm(t)与计算值TE之间的误差进行处理，对温度场模型中的初始热参数进行修正；步骤4、用修正后的热参数代替原先的初始热参数载入到有限元热模型中，在此模型的基础上进行温度场计算，从而获取不同载荷、边界条件下的表面温度和导体温度的对应关系表，测量到表面温度后利用查表方式得到导体温度。

【技术特征摘要】
1.一种电缆导体温度间接测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、在电缆外表皮选取测量点E，电缆通流后用温度传感器采集E点的温度值，得到测量点温度测量值集Tm(t)；步骤2、根据电缆的结构参数、初始热参数、实测时电缆的载荷值和所处环境建立电缆温度场有限元模型，对电缆温度场进行分析计算，得到E点温度计算值TE；步骤3、通过对E点温度实测值Tm(t)与计算值TE之间的误差进行处理，对温度场模型中的初始热参数进行修正；步骤4、用修正后的热参数代替原先的初始热参数载入到有限元热模型中，在此模型的基础上进行温度场计算，从而获取不同载荷、边界条件下的表面温度和导体温度的对应关系表，测量到表面温度后利用查表方式得到导体温度。2.根据权利要求1所述的一种电缆导体温度间接测量方法，其特征在于，步骤1中的温度测量是在电缆表面选定点敷设热电偶传感器，传感器通过连接导线接入测控仪，测控仪可控制传感器温度采集的周期，为保证实测数据的数量可以有效用于后续步骤的开展，需保证一定的温度测量时长。3.根据权利要求1所述的一种电缆导体温度间接测量方法，其特征在于，步骤2中电缆温度场计算包括以下步骤：(2.1)、根据结构参数G对电缆进行几何建模；(2.2)、指定电缆内部不同材料的初始热参数x0，包括材料热传导率、密度、比热容；(2.3)、对几何模型进行网格划分；(2.4)、指定热载荷(负荷电流I)、初始温度T0和边界条件B(边界对流换热系数和环境温度)；(2.5)、求解计算电缆的温度场并提取E点的温度计算值。4.根据权利要求1所述的一种电缆导体温度间接测量方法，其特征在于，步骤3中对温度场模型中的初始热参数进行修正的过程为：(3.1)、基于计算值与实测值的目标函数的构建；电缆的瞬态热特性取决于以下5个参数：1)负荷电流I；2)初始温度T0；3)电缆表面的边界条件B；4)电缆结构参数G；5)电缆材料的热参数x。所以，E的温度计算值TE的函数表达式可表达为TE＝f(I,T0,B,G,x)，式子f表明TE是输入变量组I,T0,B,G,x非线性 映射的输出结果；上述5个参数中，热参数x在电缆长期运行中受材料老化等因素影响变化较大...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇娇，黄雄峰，吴馨，徐彬昭，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42