電力電纜接頭溫度場分布探究分析

侯忠強

(內(nèi)蒙古新巴爾虎左旗電力有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021200)

電纜接頭又稱電纜頭。電纜鋪設(shè)好后，為了使其成為一個連接的線路，各段線必須連接為一個整體，這些連接點就稱為電纜接頭。電纜線路中間部位的電纜接頭稱為中間接頭，而線路兩末端的電纜接頭稱為終端頭。

一、電纜接頭常見故障

1.廠家制造原因

1）電纜本身。廠家在生產(chǎn)電纜的生產(chǎn)過程中，造成了電纜本身的缺陷，如電纜受潮、絕緣偏心、絕緣厚度不均勻等問題，在投入使用后容易出現(xiàn)故障，造成危害。

2）電纜接頭。電纜接頭分為電纜終端接頭和電纜中間接頭，在電纜接頭的制作過程中，如果因為制作工藝的欠缺而造成電纜接頭的絕緣層間出現(xiàn)雜質(zhì)，容易出現(xiàn)單相接地等問題。

3）電纜接地問題。在電纜的接地系統(tǒng)中由于保護箱密封不好而引起水汽的進入，就會造成保護器的損壞。

2.施工質(zhì)量原因

有些施工單位不注重施工細(xì)節(jié)的監(jiān)督，施工現(xiàn)場出現(xiàn)溫度、濕度過高，在施工過程中不注意電纜的外部保護，在安裝時不嚴(yán)格按照施工的工藝規(guī)定，這些都會造成電纜的損壞，在用電過程中出現(xiàn)危險。

3.設(shè)計原因

因為電纜的設(shè)計不合理而導(dǎo)致電纜容易受熱膨脹，不能負(fù)荷較大電流的流動，用電過程中容易給電纜帶來破損，造成用電事故。

二、處理故障的措施

1）檢測電纜接頭局部放電，及時搶修。在電纜接頭金屬護層引出線上對電纜接頭開展局部放電檢測，通過手機通訊網(wǎng)或者在電纜的接頭處設(shè)置一個嵌入式監(jiān)測計算機對電纜進行實時監(jiān)控，及時把檢測到的數(shù)據(jù)反饋到檢測車上。

2）采用雙傳感器定向耦合脈沖測量方式能準(zhǔn)確地測量電纜接頭局部放電，為評估接頭絕緣狀況提供參考。

3）增加檢測人員的專業(yè)素養(yǎng)。對供電企業(yè)進行電纜接頭局部放電的巡查監(jiān)測，對其進行記錄，并對可能存在局部放電的接頭開展進一步的測量，以便了解所有電纜接頭的絕緣狀況，及時搶修。

4）對電纜局部放電發(fā)展情況的測量，能很好的了解接頭絕緣缺陷，避免用電事故的發(fā)生。

5）除了在緊急情況的時候?qū)﹄娎|接頭進行搶修，在檢修的期間也要對非預(yù)警的電纜接頭進行質(zhì)量的評估，做出評估報告，找出隱患加以解決。這樣不會影響生產(chǎn)進度，還可以檢查接頭絕緣是否老化，判斷是否存在安全隱患。

三、電纜接頭溫度場分析

電纜接頭的溫度長時間處于高溫的狀態(tài)，容易導(dǎo)致接頭處絕緣老化，容易造成用電事故。因此電纜質(zhì)量的高低通過分析電纜接頭的溫度變化，對電纜進行檢測和相應(yīng)的處理，可以排除電纜隱患。

1.接頭熱源

電纜接頭溫度升高主要是因為線路中的電流在接頭電阻處的損耗所釋放出來的，隨著流經(jīng)線路的電流增大，熱量增大，同樣的電阻增大，熱量也增大。

2.熱的傳遞

在電纜傳輸電力的過程中熱能主要向3個方向傳遞，向?qū)Ь€的雙方和絕緣層外部傳遞。而溫度由接頭處向兩端逐級遞減，分布到不同的環(huán)境當(dāng)中去，并適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境溫度。3.電力及熱力網(wǎng)絡(luò)

1）電纜表層溫度和線芯溫度

電力電纜一般由導(dǎo)體、絕緣體和熱護套構(gòu)成。在電力電纜傳輸電能的過程中，不僅有導(dǎo)體通過電流發(fā)熱，絕緣體也會在交流電壓的作用下產(chǎn)生一定的熱量。而電纜的線芯溫度會隨著電纜負(fù)荷的增大而增大，如果高于線芯所能承受的溫度，會加速電纜的絕緣老化，造成線路故障。對于復(fù)雜環(huán)境中的電纜線路，不僅要定期檢測，也可以通過監(jiān)測電纜保護套溫度來計算導(dǎo)體實時溫度，從而控制電流量。這樣能使電纜最大限度的發(fā)揮輸送能力，避免電纜的過熱損壞造成事故。

2）溫度傳感器

電信號的產(chǎn)生是在電纜接頭溫度監(jiān)測過程中通過傳感器將溫度值轉(zhuǎn)化而來的，種類很多，由于數(shù)字溫度傳感器可以將溫度物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并通過串行通訊總線傳送給檢測微處理器，簡單高效，因此在多點溫度檢測系統(tǒng)中，多用數(shù)字溫度傳感器，但它容易產(chǎn)生誤差。

3）數(shù)據(jù)采集與無線通訊

對電纜的實時數(shù)據(jù)采集是很必要的措施，它不僅避免了因為電纜的用電負(fù)荷而給電纜造成了損壞，還可以對電纜進行實時監(jiān)控，及時維修，避免用電過程中發(fā)生故障。

四、電纜接頭的溫度監(jiān)測

1.監(jiān)測前端

電纜接頭溫度監(jiān)測的硬件應(yīng)該是遵循功耗低、體積小、穩(wěn)定可靠的硬件。采用無線通信模塊用于與巡查監(jiān)測裝置進行通信，完成數(shù)據(jù)交換。

2.溫度采集器

采集器的工作原理是單片機通過測溫通道選擇電路控制溫度傳感器完成溫度的采集，由外部儲存器儲存所采集來的溫度數(shù)據(jù)。通過主控制機對采集器上發(fā)出命令，要求采集器上傳數(shù)據(jù)至主控制機，得到采集數(shù)據(jù)。

3.主控制機

主控制機主要包括通信電路、存儲器電路及顯示電路等。主控制機的主要任務(wù)是將采集來的溫度數(shù)據(jù)讀入并存儲，發(fā)送至計算機終端。主控制機在整個過程中起到了存儲和通信的功能，連接了溫度采集器和計算機。

4.功能

1）由主控機向下定時或不定時的檢查各現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，或向上級傳達指令，取回信息并緩存及向上轉(zhuǎn)發(fā)；

2）服從上級計算機的設(shè)置，管理各級網(wǎng)絡(luò)，這些設(shè)置包括各網(wǎng)站的接入站數(shù)、站點、信息內(nèi)容及數(shù)據(jù)。

3）整個系統(tǒng)具有完整的對數(shù)據(jù)進行采集、傳輸、處理、顯示及遠程監(jiān)控的能力，實現(xiàn)遠距離通信，實時監(jiān)控，避免安全隱患的發(fā)生。

五、電纜接頭的結(jié)構(gòu)模型

電纜接頭根據(jù)傳熱學(xué)原理，熱量由線芯傳到電纜保護套表面，并在周圍環(huán)境溫度的影響下形成。為了探究電力電纜接頭溫度場做出如下假設(shè)：

1)假設(shè)從傳熱過程達到熱平衡時，溫度不隨著時間的變化而變化，溫度場是穩(wěn)定的；

2)電力電纜接頭為圓柱體，則橫截面就是圓面；

3)電纜線芯的導(dǎo)體溫度是均勻的；

4)電纜接頭的各種材料的結(jié)構(gòu)特性不會隨著溫度的變化而變化；

5)各層護套之間沒有空隙，忽略結(jié)構(gòu)之間的電阻。

經(jīng)過分析可得出，電力電纜接頭的溫度場分布轉(zhuǎn)化為含有內(nèi)熱源的三維圓柱徑向穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。經(jīng)過計算可以得出，在電纜接頭發(fā)生故障時，不僅線芯的導(dǎo)體溫度與接頭表面溫度的差值很大，而且接頭不同部位的表面溫度也是有所差別的，而離線芯導(dǎo)體距離越近則溫度越高。因此溫度傳感器應(yīng)該安裝在溫度值較高的點上，這樣測量得出的數(shù)據(jù)會比較準(zhǔn)確。

結(jié)語

由于電力電纜接頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在用電過程中容易發(fā)生故障問題，建立電力電纜接頭的傳熱模型，根據(jù)電力電纜接頭溫度場分布，可以確定溫度傳感器的合理安裝位置。在實際操作中，可以根據(jù)電纜接頭的表面溫度較為準(zhǔn)確地監(jiān)測電纜接頭線芯的實際運行溫度，對電纜進行實時監(jiān)控，及時維護，避免安全隱患。有利于及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，并進行修復(fù)，提高電力電纜的運行安全性。

[1]高小慶，姜蕓.XLPE電力電纜過負(fù)荷溫升與早期損壞機理的研究 [J].高電壓技術(shù)，1997，23(2)：62.64.

[2]李季，羅隆福，許加柱.電力機車主變壓器油箱三維溫度場有限元分析[J].高電壓技術(shù)，2005，31(8)：21-23.

[3]傅晨釗，汲勝昌，等.基于有限元方法的電纜變壓器繞組的熱路模型研究[J].高壓電器，2003，39(2)：1-3.

[4]陶文銓.傳熱學(xué)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[5]趙建華，袁宏永，范維澄.基于表面溫度場的電纜線芯溫度在線診斷研究[J].中國電機工程學(xué)報，1999，19(1)：52-54.