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电缆环流监测装zhi 2020-04-22 高压电缆分bu式光纤测温 853 ℃ 0 评论

摘 要: dui分bu式光纤测温ji术在guo内wai祅an芯考坝τ孟肿磈in行论述, 重点dui分bu式光纤测温系tong在cheng市电网运行guo硉ao衏un在的问ti及不zujin行了分析, 并提出了zhendui性的应dui措施, dui于提高电缆线路的运行可靠性juyou重要yi义。关键词: 分bu式光纤测温; 高压电缆; cheng市电网; 可靠性,吴 科, 熊 刚, 邓xu东, 殷业成, zhao柏qiao, 李政泽(guo网重庆市电力公司检xiu分公司, 重庆 400039),收稿日期:2019-07-08
作者简介: 吴科(1990-), 硕士, 从事高压电缆试验及局放检测gong作: 熊刚(1976-), 硕士, 高级gong程shi, 研究方向wei高压电缆状tai检测; 邓xu东(1976-), 高级gong程shi, 从事高压电缆试验及局放检测gong作。

0 yinyan
高压电缆是cheng市输电线路的重要组成部分, 与架空线相比juyou结构紧凑、 占di少、 电气-机械性能优异及使用寿命长等优点, 随着cheng市化jin程的不断推jin, 在cheng市电网中应用得越来越广fan。 高压电缆运行电压高、 输送容liangda, 莥i诵術uo硉ao泄收蟡uyou随机性强、 预测nan度da等特点, 一旦电缆发生绝缘击穿huo短路故障就将诱发火zai, 扩da故障影响穌uanВ 损失巨da。 传tong电缆故障查找和chu理均在电缆停电huo故障状tai下jin行, 不能dui运行电缆线路中的潜在故障jin行检测和判断。 近几年的高压电缆故障tong计表明, 电缆发生绝缘击穿huo短路故障前, 电缆本体会出现局部guo热现象。 wei此, 通guo监测电缆表面温度变化qingkuang, 及时掌握电缆运行状taidui于提高电缆线路运行可靠性juyou蔰ao蔳ong程yi义。
mu前, 传tong测温ji术将点式温度传感器安装于重要部位jin行测温, 温度测liang穌uanou限, 不能实现整条电缆线路的温度监测。 基于拉曼(Raman) san射原理的分bu式光纤测温ji术zhu渐发展起来, 并在电缆表面温度监测中得到广fan应用。 dui于光纤测温, guo内wai学者jin行了daliang研究, 然而guo去祅an芯恐饕獄hendui光纤测温原理及分bu式光纤测温系tong, dui于cheng市电缆通道中电缆表面温度测liang蔰ao视τ胓uo硉ao衏un在的问ti及改jin措施还需jin一步研究。 wei此, 本文zhendui电缆线路运行guo硉ao泄庀瞬馕孪祎ongcun在的问ti, 提出zhendui性解决措施, yi提高电缆线路运行可靠性, 减少电缆故障。
1 光纤测温基本原理
激光脉冲在光纤中传播时, 与光纤分子相互作用, 发生瑞利(Rayleigh)san射、 bu里渊(Brillouin)san射和拉曼san射等。 其中, 拉曼san射受光纤分子zhendongpin率的调zhi, 光纤分子受到热zhendong时, 会chan生一个比光源波长长的光(斯托ke斯 Stokes) 和一个比光源波长短的光( fan斯托ke斯 Ant-iStokes)。 由于瑞利san射光强比fan斯托ke斯光强强, 不利于检测fan斯托ke斯光强, 因此通常采用斯托ke斯光强与fan斯托ke斯光强的比值实现沿光纤温度场的分bu测liang。 fan斯托ke斯光强与斯托ke斯光强比值与温度关系wei:

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与传tong温度检测ji术相比, 分bu式光纤测温系tongjuyou抗电ci干扰能力强、 体积小、 重liang轻、 耐化学腐蚀、 灵敏度高及响应su度快等优shi。 分bu式测温不局限于you限测试点的温度测liang, 可实现电缆线路全线的温度分bu测liang, 掌握电缆蔰ao试诵術ongkuang。
2 光纤测温ji术应用现状
光纤测温基于光纤拉曼san射现象, 根据测温光纤放zhi位zhi的不同, 可分wei内zhi式和waizhi式。 内zhi式分weiyi蟣v絲hong。 一謟hi墙馕鹿庀藌hi于线芯分割dao体的间隙, 可直接测liangdao体温度, 同时避miandui测温光纤结构造成损伤。 但此zhonggongyicun在两个问ti: 一是电缆接touzhi作guo硉ao校 线芯dao体需要jin行压接, 不可避mian会dui测温光纤结构造成损伤;二是线芯dao体chu于高电位, 光纤接出如何保zheng接touge部穤hong涞木登慷龋 mu前还meiyou较好的解决ban法。 另一謟hi墙馕鹿庀朔舲hi于电缆绝缘屏蔽表面, 介于阻shuihuan冲ceng与绝缘屏蔽之间。 结合近几年高压电缆故障tong计, 绝缘屏蔽与lvhu套之间接触不良xing成空气间隙, jin而yin发局部放电, daozhi电缆绝缘击穿是yin发高压电缆故障pin发的重要原因, mu前ye未you较好的解决ban法。 上述两zhong测温光纤在gong程蔰ao视τ弥衏un在较da困nan, mu前gong程应用案例较少。
waizhi式测温光纤用于测liang电缆表面温度。 电缆在不同fu荷状tai下, 线芯dao体发热qingkuang不同, dao体电阻损耗chan生的热liang通guo绝缘ceng向wai传di, 受环境温度及周围运行电缆的影响, 电缆表面温度分bucun在差异。 测温光蟬ou氐缋氯撸ū咎澹觮ou)fu设, 其buzhi方式如图 1 所示

t1.png图1 电缆本体及附件测温光纤buzhi

图 1(a)中, 高压电缆fu设主要you“一”字xing和“品”字衪ou笊琛 高压电缆采用“一”字衪ou笊枋保 测温光纤zhi于其中一相huo三相电缆表面, 与电缆通guo尼龙绳huo其他绝缘绳jin行固定, 从而保zheng二者表面紧密接触。 图 1(b)中, 电缆接touchu测温光纤通guo缠rao的方式将电纋v蕉私鹗粑补芗敖觮ou主绝缘部分jin行覆盖, 保zheng测温电缆与接tou表面可靠接触。
随着cheng市化jin程的不断加快, cheng市电缆化率不断提高, 带来分bu式光纤测温系tong的广fan使用。 mu前, 北京、上hai、 江苏、 广州及重庆等cheng市高压电缆回路数及线路长度位于guo内前列。 其中, 北京高压电缆分bu式光纤测温系tong覆盖率高达 86%, 在光纤测温系tong的使用和维hu上juyou丰fu的运行经验。
3 光纤测温ji术现cun问ti
3. 1 传dong校验方法不zu
由于高压电缆线路较长, 测温光纤可监测任yi区duan电缆本体表面温度的变化qingkuang, 因此测温光纤作wei预防电缆故障的重要ji术手duan。 一zhong传tong传dong试验是将预留的竫ing鹿庀朔湃肴萻hui中, 由于测温光纤取样间gewei 1~2 m, wei保zheng传dong校验xiao果, 通常取 5~6 m 光纤放入热shui中, 保持10~15 min 提高光纤本体温度, 实现光纤gong作状tai的检测。 结合我guocheng市dixing特点, 平原cheng市电缆隧道深度较浅, 平均深度介于 5~10 m, 因此在平原cheng市可广fan应用该方法。 但xi南da部分di区及xi北部分di区, 电缆隧道luo差da, 隧道平均深度介于 30~50 m, 部分di区luo差高达数bai米, 且通道内部dishi起伏da、 转弯多, 传dong校验kai展较困nan, 如图 2 所示。

t2.png图2 光纤传dong校验及高luo差电缆隧道


蔰ao试诵術uo硉ao校 电缆隧道较长, 电缆线路回数多,多回路测温光纤传dong校验guo硉ao衏un在shui温下降问ti。 不同电缆回路测试期间shui温变化如图 3 所示。 由此可知, shui温基本呈线性下降, 下降原因在于测试guo程密feng不yan, daozhi热liangsan失, 另一部分热liang用于加热测温光纤。 由于通道内电缆回路数较多, 测温光纤材zhi及重liangcun在差异, 因此胟an尾馐缘娜攘ke鹗Ъ皊hui温下降程度不尽相同。 同时发现测试di 4 回电缆测温光纤时, shui温低于 40 ℃, 与环境温度差异不da, 不能ji续jin行测试, 测试回路you限。 另wai, 由于jin在电缆接tou和终端chuyou预留测温光纤, 因此传dong试验点祅an≡窠蟱ei固定、 单一, nanyi实现全线测温光蟬huo乃婊馐裕 局限性较da, 可靠性nanyi保zheng。

t3.png另一zhong传dong试验通guo吹风jin行加热, 但蔰ao试诵術uo硉ao械缋略诵谢肪硈hi度da、 积漏shui现象较普遍, 且通道内相ge数bai米设zhi一个电源箱, 电源点you限, 电源电压随着电源点距离zeng加, cun在电压降, 影响设备正常gong作。 该方法cun在取电困nan, 检测点固定、 单一, 加热guo硉ao衧an热su度快, 不能youxiao保温。 测温光纤不同位zhi及温度与风su关系如图 4 所示

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由图 4 可发现, 空气温度与空气流su沿测温光纤表面呈线性下降趋shi。 空气温度沿测温光纤长度接近 1 m 时温度下降至 40°C, 温度下降xunsu, 光纤长度达到 2 m 时, 热空气温度与环境温度保持一zhi。 测温光纤取样间gewei 1~2 m, 光纤首末两端温度差异较da, 不利于其gong作状tai检测, 同时加热guo程dui电缆waihu套绝缘性能cun在一定安全yin患。
3. 2 tu料包覆
高压电缆与架空线路相比, juyou占di少、 传输容liangda及bian于运衳ing琱u等优shi, 因而在cheng市电网中得到了广fan应用。 wei保zheng电缆线路安全稳定运行, 避mian不同线路间发生故障后相互影响及电缆发生绝缘击穿故障后waihu套延燃,电缆表面蚹e⒎阑餿u料, 厚度约wei 0. 5 ~1 mm, 如图 5所示。

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图 5 中, 测温光纤表面蚹e⒁籧eng防火tu料, tu料硬化后, 测温光纤与电缆本体接触较紧密。 防火tu料juyou一定的ge热和阻燃性能, tu料tu覆于测温光纤表面, 使得电缆表面温度变化不能及时传digei测温光纤, cun在延迟和滞后。 tu料蚹e⒑穸扔肴攘kan仁奔浔浠痝uilv如图 6 所示。

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由图 6 可发现, 传热时间的zeng长随tu料厚度的zeng加可分wei两个阶duan。 测温光纤表面tu料厚度介于 0~0. 4 mm 时weidi一阶duan, 传热时间较短莥i龀そ蟞uan慢, 电缆表面温度传至测温光纤时间差 Δt = 1 min; tu料厚度介于 0. 4~1mm 时weidi二阶duan, 传热时间较长莥i龀u度较快, 电缆表面温度传至测温光纤时间差 Δt=4 min。 随着tu料厚度的jin一步zeng加, 电缆表面温度传热至测温光纤时间越长,同时会损失热liang, 造成测试温度pian低huo无法检测, jin一步daozhi电缆发生故障时不能及时chu理。

3. 3 pai管duan电缆温度监测盲区
mu前, 高压电缆通道主要you隧道、 电缆沟、 pai管及直埋等fu设xing式。 其中, 隧道、 电缆沟结构尺寸较da, 电缆测温光纤可全线覆盖, 实现电缆本体温度实时监测。 蔰ao噬希 高压电缆fu设路径通常由两zhonghuo多zhong通道xing式构成,cheng市di区di下空间资源you限, da部分di区高压电缆采取pai管fu设。 结合电缆fu设方式, 高压电缆由牵yin设备施加牵yin力牵yin通guopai管, pai管内径通常wei单根电缆wai径huo多根电缆包络wai径的 1. 5 倍, 蔰ao噬系缋虑inguo硉ao惺芮in力da小、 方向、 pai管笔直度及管内杂物的影响, 电缆fu设后pai管内部空间急剧缩小, 测温光纤nanyi穿guo簍ou笊瑁 如图7 所示。

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由图 7 可发现, 高压电缆采用pai管fu设时, 部穤hi蛴雙ai管内bi接触, nanyijin行光纤fu设, 同时测温光纤与电缆表面未能jin行youxiao接触, nanyi监测表面温度, 从而xing成pai管duan电缆表面温度监测盲区。
4 改jin措施及发展趋shi
4. 1 传dong校验改jin措施
受到电缆隧道dishi特征、 电缆运行环境及加热装zhi取电等问ti的限zhi, 电缆隧道内测温光蟬huo拇玠ong校验kai展nan度较da。 结合电缆蔰ao试诵術ongkuang, 高压电缆三相中间接tou呈相互错kai方式buzhi, 如图 8 所示。

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由图 8 可发现, 高压电缆三相接toubuzhi位zhi错kai, 接touchu三相测温光纤无法同时jin行传dong校验, 需zhu相jin行,测试xiao率和试验可靠性jin一步降低; 同时, 受到电缆通道宽度、 电缆支架ceng间距离及防火geban的影响, 测温光纤传dong校验空间jin一步压缩。 高压电缆测温光纤传tong装zhi改jin措施如下。
(1)bian携式电加热装zhi代替传tong校验方法, 续航时间长, 携带方bian, 适用于电缆隧道等特殊使觤ei肪场Ⅻbr/>(2)电缆通道由多zhongxing式构zhu物构成, 且通道经guo路径及埋设深度不同, 不同电缆区duan环境温度不同, 因此加热装zhijuyou恒温及保温作用, yi适应不同的测试环境。
(3)加热装zhi可dui隧道内任yi区duan内电缆本体chu测温光纤jin行校验, 可同时jin行三相测温光纤校验, 提升测试xiao率。

4. 2 tu料包覆改jin措施
蚹euo硉ao校 在tu料自身重力影响下, 测温光纤表面tu料厚度不同, jin一步加剧了传热guo程祅an雍蟆 tu料包覆影响传热的改jin措施如下。
(1)蚹e⒌缋路阑餿u料时将测温光纤予yi防hu, 待tu料硬化后去chu防huceng, 确保电缆表面温度zhun确测liang。
(2)电缆防火tu料硬化后jin行测温光纤fu设, 消chu其dui测温光蟬huo募觳庥跋臁Ⅻbr/>4. 3 pai管duan电缆温度监测盲区改jin措施
电缆fu设guo硉ao械缋卤咎寮皃ai管笔直度nanyi保zheng, 加之pai管内残留异物, daozhi电缆测温光纤nanyi穿guo, xing成电缆测温盲区。 其改jin措施wei测温光蟬ou氐缋卤咎逡煌琭u设, 通guo电缆pai管duan前做好测温光蟬huo姆纇u措施, 防止fu设guo程损伤光纤
5 结语
guo内waidui分bu式光纤测温系tong研究kai展较zao, 分bu式光纤测温ji术已较成shu, mu前在guo内一线cheng市电缆隧道内覆盖率较高, 应用穌uanЧ恪 但cheng市电缆通道内光纤测温系tong的运衳ing琱u普遍cun在传dong试验方法不zu、 tu料包覆影响传热及pai管duan监测盲区等问ti。 通guo改jin传dong校验设备、fu设顺序及采取保hu手duan等方法, 縮hang岣叻謆u式光纤测温系tonggong作可靠性和电缆线路运行可靠性。

参考文献
[1]张春薴u 周kai, 李天华, 等. 一zhong新的加su XLPE 薄片shui树老化的方法及其研究[J]. 绝缘材料,2019,52(1):29-34.
[2]徐涛, wangpeng宇, 徐研, 等. 110 kV 电缆线路中间接tou载流liang实验研究及分析[J]. 绝缘材料,2017,50(1): 72-77.
[3]万利, 周kai, 李xu涛, 等. yi电场特征理解电缆终端气隙的局部放电发展机理[J]. 高电压ji术,2014,40(12):3709-3716.
[4]yangjing, zhu晓岭, 董翔, 等. 基于huceng电流的高压电缆故障在线监测和诊断[J]. 高电压ji术,2016,42(11):3616-3625.
[5]yuan燕岭, 周灏, 董杰, 等. 高压电力电缆huceng电流在线监测及故障诊断ji术[J]. 高电压ji术,2015,41(4): 1194-1203.
[6]刘青, 张涛, 高zhi益, 等. 高压超高压电力电缆光纤测温ji术研究及应用[J]. 电气设眆u?015(11): 112-114.
[7]周琦, 乐坚浩, 刘佳诞. 分bu式光纤测温ji术的发展现状及其在电力ling域中的应用[J]. 科xie论坛,2012(11):20-22.
[8]Cherukupal1i S, Maephail G A, Jue J S, et al. Application ofdistributed fibre optic temperature sensing on BC Hydro' s525 kV submarine cable system [ C ]. GGRE 2006,Paris,2006.
[9]Hartogetal A H. A distributed temperature sesor based onliquid-core optical fibers[J]. IEEE, Lightwave Technol. LT-1. 1983:498-509.
[10]薛强. 电力电缆光纤测温及载流liang监测祅an芯縖D]. 保定: 华北电力da学,2009.
[11]zhuang小亮. 基于光纤测温的配电电缆运行监测及其载流能力预测[D]. 广州: 华南理gongda学,2015.
[12]张瑞华. 光纤测温ji术在低蝜v煊虻挠τ醚芯縖D]. 武篽ai 华中科jida学,2015.
[13]吴shan荀. 基于分bu式光纤测的渗流监测系tong研究[D]. 北京:清华da学,2010.
[14]孙柏宁. 分bu式拉曼光纤温度传感系tong的噪声分析及优化[D]. 济南: 山东da学,2014.
[15]李陈莹, 李鸿泽, 陈杰, 等. 高压 XLPE 电力电缆huan冲ceng放电问ti分析[J]. 电力gong程ji术,2018,37(2): 61-66.
[16]yangjuan, 张峰, wangfu志. 高压电力电缆阻shui结构研究与分析
[J]. 电线电缆,2010(3):22-24.
[17]Gian Carlo Montanari. Partial discharge detection in medium
voltage and high voltage cables: maximum distance for detection, length of cable, and some answers[J]. IEEE Electrical Insulation Magazine,2016,32(5):41-46.
[18]yang帆, zhu宁xi, 刘晓东, 等. 基于阻抗评估电缆huan冲ceng间隙的实验与分析[J]. 广东电力,2018,31(12): 93-98.
[19]yaoshan化. 光纤拉曼san射xiao应在传感和通信ji术中的应用[J]. 光电子ji术与信息,2003(4):24-27.
[20]林波. 超高压 XLPE 电缆绝詃ao嗖鈐i术的gong程化应用[D].上hai: 上hai交通da学,2011.

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