一種電力電纜載流量監測方法
2023-05-15 07:47:16 2
專利名稱：一種電力電纜載流量監測方法
技術領域：
本發明涉及一種電力系統監測方法，尤其是涉及一種電力電纜載流量監測方法。
背景技術：
電網的電纜發生故障其中一個重要原因是缺乏對電纜系統有效的在線監測。隨著電網改造和建設工作開展，城市地下電纜化率不斷提高，電力電纜的使用量大幅度增加，使得電力電纜的監測、管理、維護工作變得越來越重要，同時隨著電力電纜負荷量的增加，對監測的依賴程度也增加。電力電纜載流量直 接反應為電纜導體的運行溫度，運行中的導體溫度是電纜的一個重要參數。一般情況下電纜在額定負荷下運行時，這時的線芯導體溫度在允許溫度值以下工作。但是一旦電纜出現超過負荷情況，線芯導體溫度將超過額定溫度值，絕緣層會加速老化。電纜在超過額定溫度值情況下工作，其壽命將大幅度縮短，最終可能導致故障或災害。因此，有必要對電纜的運行溫度進行監測，要求電力運行部門結合監測數據對電纜的實際負荷進行合理調度和控制。另外，在緊急狀況下的電力供應出現滿負荷運營時，為了保障電力電纜運行安全以及電力系統調度需要，必須對電力電纜的載流量進行實時監測。目前，現有技術採用單一的電纜測溫方法在線監測載流量，採用的光纖雷射技術、光纖溫度傳感技術(線性光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器)技術，對運行中的電纜溫度進行監視，通過光纜表皮的溫度與載流量之間的關係，間接測量載流量。現有技術電纜表皮測溫方法由於電纜表皮溫度和電纜內部實際溫度誤差很大，單獨從溫度分析載流量造成測量誤差很大，並且溫度數據過於單一，不能完整測量電流、電壓、電阻、熱阻、介質、導體、變電、輸電、配電等因素的複雜工況。解決這一問題必須要對多種參量進行有效關聯，使全局關聯耦合。現有技術沒有綜合採集電壓、電流數據分析電纜的發熱量，因此，存在大量不確定的設備健康狀態；同時，也存在大量無法監測的相互關聯的參數。現有技術不能精確的導出電纜線芯導體溫度與表皮溫度的梯度關係，不能測量浪湧積效應，不能進行趨勢分析。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種測量精度高、測量數據多的電力電纜載流量監測方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種電力電纜載流量監測方法，該方法包括以下步驟I)傳感器獲取電纜溫度監測數據、設備溫度數據、現場環境溫度數據、電壓數據、電流數據、不均勻電阻數據、集膚效應數據、介質損耗數據和不均勻熱阻分布數據，並發送至處理器；2)處理器根據所述的設備溫度數據、現場環境溫度數據、電壓數據、電流數據、不均勻電阻數據、集膚效應數據、介質損耗數據和不均勻熱阻分布數據結合電纜工程基礎數據建立熱平衡有限元模型；3)由處理器的比較模塊將熱平衡有限元模型的數據與電纜溫度場模型的數據進行對比，若數據差大於閾值，則執行步驟4);若數據差小於閾值，則執行步驟5)；4)通過處理器的模型修正模塊對熱平衡有限元模型進行修正後，重新執行步驟3)；5)比較模塊輸出熱平衡有限元模型的數據，並發送至模式識別模塊進行動態模式識別，同時進行載流量分析、趨勢分析、浪湧積效應分析、預警和報警識別以及輸配電方案優化。 所述的電纜工程基礎數據包括電纜內部結構參數、結構尺寸、電纜材料參數和材料相關係數。所述的電纜溫度場模型根據傳感器獲得的電纜溫度監測數據建立。電纜溫度場模型由電纜溫度監測數據通過有限差分的方式擬合得到，具體的擬合過程為首先將電纜溫度場進行空間上的網格化，然後將在空間上呈點或線分布的電纜溫度監測數據進行有限差分，獲得每個網格化空間的溫度數據，建立電纜溫度場模型。步驟3)中熱平衡有限元模型與電纜溫度場模型比較的數據包括溫度分布數據和溫度變化數據。步驟4)中修正模型的修正包括測量誤差修正、計算誤差修正、擬合誤差修正和エ程基礎數據調整。所述熱平衡有限元模型包括靜態數據和動態數據，所述的靜態數據包括溫度分布數據、電流分布數據、電壓分布數據、電阻分布數據、熱阻分布數據、電場分布數據、磁場分布數據，所述的動態數據包括溫度變化數據、電流變化數據、電壓變化數據、電阻變化數據、絕緣係數變化數據、漏電變化數據、熱阻變化數據、電場變化數據、磁場變化數據。步驟5)中載流量分析、趨勢分析和浪湧積效應分析根據動態數據進行，預警和報警識別根據靜態數據進行。與現有技術相比，本發明具有以下優點一，本發明專利一方面從發熱機理的角度，根據電纜的熱平衡有限元模型，從發熱量的角度計算線芯導體的溫度，井根據散熱量和發熱量平衡關係計算出溫度；另一方面通過電纜實測溫度傳感數據對溫度梯度進行修正，從而準確的得到溫度分布情況。ニ，本發明專利根據設備溫度數據、現場環境溫度數據、電流數據、電壓數據、不均勻電阻數據、集膚效應數據、介質損耗數據、不均勻熱阻分布數據而結合電纜工程基礎數據建立電纜熱平衡有限元模型，該模型通過電纜溫度傳感數據進行修正，避免從電纜表皮溫度単一方向推導電纜線芯導體溫度，提高了載流量監測的準確性。三，本發明專利對電流、電壓進行直接測量，能捕捉電網普遍存在的浪湧信息，並根據歷史數據進行趨勢分析。四，本發明專利建立了電纜熱平衡有限元模型，對多種參量進行有效關聯，使全局關聯耦合。
圖I為本發明的進行監測的流程圖；圖2為電纜溫度監測數據進行電纜溫度場模型擬合的截面圖；圖3為圖2的電纜溫度監測數據的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例
如圖I所示，一種電カ電纜載流量監測方法，該方法包括以下步驟步驟I :傳感器獲取電纜溫度監測數據、設備溫度數據、現場環境溫度數據、電壓數據、電流數據、不均勻電阻數據、集膚效應數據、介質損耗數據和不均勻熱阻分布數據，並發送至處理器；步驟2 :處理器根據所述的設備溫度數據、現場環境溫度數據、電壓數據、電流數據、不均勻電阻數據、集膚效應數據、介質損耗數據和不均勻熱阻分布數據結合電纜工程基礎數據建立熱平衡有限元模型。其中，電纜工程基礎數據包括電纜內部結構參數、結構尺寸、電纜材料參數和材料相關係數，而熱平衡有限元模型的數據包含了括溫度分布數據、電流分布數據、電壓分布數據、電阻分布數據、熱阻分布數據、電場分布數據、磁場分布數據等靜態數據和溫度變化數據、電流變化數據、電壓變化數據、電阻變化數據、絕緣係數變化數據、漏電變化數據、熱阻變化數據、電場變化數據、磁場變化數據等動態數據。步驟3 :處理器根據電纜溫度監測數據採用有限差分的方式擬合得到電纜溫度場模型，電纜的截面如圖2，由內向外依次為導體、屏蔽/絕緣層、表皮，其對應的溫度數據如圖3所示。然後由處理器的比較模塊將熱平衡有限元模型的數據與電纜溫度場模型的數據進行對比，對比的數據為溫度分布數據和溫度變化數據。若數據差大於閾值，則執行步驟4 ；若數據差小於閾值，則執行步驟5 ;其中，有限差分法為把溫度空間連續的區域用有限個離散點構成的網格來代替，這些離散點稱作網格的節點；把連續定解區域上的連續變量的函數用在網格上定義的離散變量函數來近似；把原方程和定解條件中的微商用差商來近似，積分用積分和來近似，於是原微分方程和定解條件就近似地代之以代數方程組，即有限差分方程組，解此方程組就可以得到原問題在離散點上的近似解。然後再利用插值方法便可以從離散解得到定解問題在整個區域上的近似解。則具體的擬合過程為首先將電纜溫度場進行空間上的網格化，然後將在空間上呈點或線分布的電纜溫度監測數據進行有限差分，獲得每個網格化空間的溫度數據，建立電纜溫度場模型。步驟4 :通過處理器的模型修正模塊對熱平衡有限元模型進行包括測量誤差修正、計算誤差修正、擬合誤差修正和工程基礎數據調整在內的多種修正後，重新執行步驟3 ；步驟5 :比較模塊輸出熱平衡有限元模型的數據，並發送至模式識別模塊進行動態模式識別，同時進行載流量分析、趨勢分析、浪湧積效應分析、預警和報警識別以及輸配電方案優化，其中載流量分析、趨勢分析和浪湧積效應分析根據動態數據進行，預警和報警識別根據靜態數據進行。
權利要求
1.一種電力電纜載流量監測方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟 1)傳感器獲取電纜溫度監測數據、設備溫度數據、現場環境溫度數據、電壓數據、電流數據、不均勻電阻數據、集膚效應數據、介質損耗數據和不均勻熱阻分布數據，並發送至處理器； 2)處理器根據所述的設備溫度數據、現場環境溫度數據、電壓數據、電流數據、不均勻電阻數據、集膚效應數據、介質損耗數據和不均勻熱阻分布數據結合電纜工程基礎數據建立熱平衡有限元模型； 3)由處理器的比較模塊將熱平衡有限元模型的數據與電纜溫度場模型的數據進行對t匕，若數據差大於閾值，則執行步驟4);若數據差小於閾值，則執行步驟5)； 4)通過處理器的模型修正模塊對熱平衡有限元模型進行修正後，重新執行步驟3)； 5)比較模塊輸出熱平衡有限元模型的數據，並發送至模式識別模塊進行動態模式識另IJ，同時進行載流量分析、趨勢分析、浪湧積效應分析、預警和報警識別以及輸配電方案優化。
2.根據權利要求I所述的一種電力電纜載流量監測方法，其特徵在於，所述的電纜工程基礎數據包括電纜內部結構參數、結構尺寸、電纜材料參數和材料相關係數。
3.根據權利要求I所述的一種電力電纜載流量監測方法，其特徵在於，所述的電纜溫度場模型根據傳感器獲得的電纜溫度監測數據建立。
4.根據權利要求3所述的一種電力電纜載流量監測方法，其特徵在於，電纜溫度場模型由電纜溫度監測數據通過有限差分的方式擬合得到，具體的擬合過程為首先將電纜溫度場進行空間上的網格化，然後將在空間上呈點或線分布的電纜溫度監測數據進行有限差分，獲得每個網格化空間的溫度數據，建立電纜溫度場模型。
5.根據權利要求I所述的一種電力電纜載流量監測方法，其特徵在於，步驟3)中熱平衡有限元模型與電纜溫度場模型比較的數據包括溫度分布數據和溫度變化數據。
6.根據權利要求I所述的一種電力電纜載流量監測方法，其特徵在於，步驟4)中修正模型的修正包括測量誤差修正、計算誤差修正、擬合誤差修正和工程基礎數據調整。
7.根據權利要求I所述的一種電力電纜載流量監測方法，其特徵在於，所述熱平衡有限元模型包括靜態數據和動態數據，所述的靜態數據包括溫度分布數據、電流分布數據、電壓分布數據、電阻分布數據、熱阻分布數據、電場分布數據、磁場分布數據，所述的動態數據包括溫度變化數據、電流變化數據、電壓變化數據、電阻變化數據、絕緣係數變化數據、漏電變化數據、熱阻變化數據、電場變化數據、磁場變化數據。
8.根據權利要求7所述的一種電力電纜載流量監測方法，其特徵在於，步驟5)中載流量分析、趨勢分析和浪湧積效應分析根據動態數據進行，預警和報警識別根據靜態數據進行。
全文摘要
本發明涉及一種電力電纜載流量監測方法，包括以下步驟1)傳感器將獲取的數據發送至處理器；2)處理器根據這些數據結合電纜工程基礎數據建立熱平衡有限元模型；3)由處理器的比較模塊將熱平衡有限元模型的數據與電纜溫度場模型的數據進行對比，若數據差大於閾值，則執行步驟4)；若數據差小於閾值，則執行步驟5)；4)通過處理器的模型修正模塊對熱平衡有限元模型進行修正後，重新執行步驟3)；5)比較模塊輸出熱平衡有限元模型的數據，並發送至模式識別模塊進行動態模式識別，同時進行載流量分析、趨勢分析、浪湧積效應分析、預警和報警識別以及輸配電方案優化。與現有技術相比，本發明具有測量精度高、測量數據多等優點。
文檔編號G01R31/00GK102768321SQ20121028086
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月8日 優先權日2012年8月8日
發明者吳向平, 曹春耕, 黃展峰 申請人:上海森首光電科技有限公司