基于溫度影響的遙測全景監視系統的研究

摘 要：文章介紹了對電纜的載流量影響的各種因素及其特點，對溫度因素在不同的敷設方式下的載流量的算法進行了深入分析，并描述了其實現。遙測全景監視系統是為實時監控載流量比率而訂制的，為保證電纜的最佳工作狀態有積極意義。

關鍵詞：載流量；溫度因素；敷設方式；載流量比率；遙測全景監視

引言

電纜載流量受電纜本身、敷設狀態和環境條件三個方面的影響。

電纜本身的因素主要有兩個：一是導體的材質和截面，實質上就是導體的電阻；二是絕緣的材質，或者說絕緣的耐熱性，亦即絕緣的允許長期工作溫度，如PE、PVC是70攝氏度，XLPE、EPR是90攝氏度。另外，電纜的結構（如金屬護層、鎧裝層）也是影響電纜載流量的重要因素。

電纜的敷設狀態通常有四種。第一種是地下直埋，即將電纜直接埋入地下，使電纜與周圍的土壤直接接觸，電纜的熱量通過周圍土壤傳導散發。第二種是涵洞（隧道或電纜溝）內架設，電纜周圍是陰暗潮濕和半靜止的空氣。所謂半靜止，是與地面上的流動空氣和管道中的完全靜止空氣相比較而言的。電纜熱量通過周圍空氣對流和輻射散發，是這四種敷設方式中散熱效果最好的。第三種是穿管敷設，即將電纜穿入管道中，常用的管道有塑料管、水泥管、陶瓷管、鋼管等。電纜周圍介質是管壁和管道內完全靜止的空氣，散熱效果是這四種敷設方式中最差的。第四種是敷設在空氣流通但有日照的室外空間，按散熱條件來說是相當好的，但日照對電纜是有害的，因為不僅增加了電纜的溫升，還加速了電纜護套的老化。

環境因素對電纜載流量的影響最大，比電纜本身和敷設狀態的影響更甚，其中最明顯的是環境溫度。環境溫度高，電纜載流量就低；相反，環境溫度低，電纜的載流量就高。另外，環境空氣流通性好，加速電纜散熱，會使載流量提高；反之，環境閉塞，電纜周圍的空氣不流動，散熱效果不好，電纜載流量就會大大降低。

1 電纜載流量的理論計算公式

從電纜工作溫度高于環境溫度的溫升表達式可導出交流電纜安全運行載流量的計算公式。

對載流量計算參數的幾點說明：

1.1 電纜允許長期最高工作溫度？茲

電纜允許長期最高工作溫度是指電纜長期正常運行允許導體最高溫度。電纜運行時，導體損耗都變成了熱量，電纜中導體的溫度最高。但導體“允許最高溫度”取決于絕緣的耐熱性能，電纜標準對“允許最高溫度”做了明確規定，它是電纜使用壽命的保證，是過載與否的準繩。

從載流量計算公式（2）可以看出，電纜工作溫度對載流量的影響很大。交聯聚乙烯電纜（XLPE）比聚乙烯電纜（PE）、聚氯乙烯電纜（PVC）高20℃，載流量則增大約35%。

1.2 環境溫度？茲0

環境溫度對載流量的影響也很大。環境溫度取值正確與否，關系到輸電的安全和電纜的壽命。

1.3 電纜熱阻T1、T2、T3

熱阻是電纜載流量的重要影響因素。電纜的熱阻分為兩部分，一部分來自電纜本身的結構材料，另一部分來自外部環境。電纜材料的熱阻主要是絕緣熱阻T1、內護套熱阻T2、外護套熱阻T3。導體、金屬屏蔽、鎧裝層的材料都是導熱性能很好的金屬，可以忽略熱阻。

2 交聯聚乙烯銅芯電纜載流量

根據電纜載流量理論計算公式，可計算出交聯聚乙烯電纜在不同環境溫度下的修正系數；根據運行經驗，可獲得多回電纜平行敷設時修正系數和穿管（排管）敷設時修正系數。

交聯聚乙烯絕緣電纜，基本溫度參數為：

允許長期最高工作溫度：90℃；

允許短時過載溫度：130℃；

允許短路溫度：250℃；

允許最低環境溫度：-70℃。

在計算長期允許載流量時，以其允許長期最高工作溫度（90℃）為基準條件。

2.1 交聯聚乙烯銅芯電纜（三芯）空氣中敷設載流量

空氣中敷設，包括直接敷設于空氣自由流通的、有日照的室外空間的敷設方式，和敷設于隧道或電纜溝內、半靜止空氣環境的敷設方式。

導體工作溫度90℃、環境溫度40℃時，10kV交聯聚乙烯銅芯電纜（三芯）空氣中敷設時的載流量。（表1）

不同環境溫度下的校正系數如表2所示。

多回電纜平行敷設，電纜載流量將受到影響，尤其是電纜相互接觸時，載流量會受到很大影響，如表3所示。

2.2 交聯聚乙烯銅芯電纜（三芯）土壤中敷設載流量

土壤中敷設，包括直埋敷設方式和穿管直埋（或排管）敷設方式。

導體工作溫度90℃、環境溫度25℃時，10kV交聯聚乙烯銅芯電纜（三芯）土壤中敷設時的載流量如表4所示。

穿管（或排管）敷設時，因其散熱受影響，安全載流量受此影響減小，穿管（排管）敷設修正系數取0.82。

3 10kV電纜安全載流量的計算

電纜安全載流量=標況下安全載流量×穿管（排管）敷設修正系數×多回平行敷設修正系數×環境溫度修正系數 （3）

（1）標況，或稱基準條件，指空氣中敷設時：環境溫度40℃，電纜導體工作溫度90℃；土壤中敷設時：環境溫度25℃，電纜導體工作溫度90℃。

（2）若某回電纜存在多種敷設方式，取安全載流量最小時的敷設方式進行計算。如某回電纜有電纜溝、直埋、穿管三中敷設方式，電纜溝敷設方式載流量>直埋敷設方式載流量>穿管敷設方式載流量，穿管敷設方式載流量最小，故按該敷設方式進行計算。

（3）若存在多回電纜平行敷設情況，取間距最小時的修正系數。電纜溝敷設方式時，若存在平行敷設情況，則多為直接接觸；穿管（排管）敷設和直埋敷設時，直接接觸情況很少。

（4）溫度修正系數表中，每5℃給出一個修正系數。實際取值時，可在相鄰兩個溫度確定的修正系數直線上取值。

如空氣中敷設，環境溫度為21.7℃時的取值：

相鄰兩個溫度及修正系數為

（20℃，1.23）、（25℃，1.17）

確定的直線方程為

y=-0.012x+1.47 （4）

于是當x=21.7℃時，求得y=1.2096

4 結束語

遙測全景監視系統，在檢測電纜載流量比率的同時，還增加了對遙測點的有功、無功、母線電壓、直流電壓等的在線實時監測。本系統基于東方電子DF8003C系統，與SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）服務器架構保持相對獨立，遙測全景監視系統需建立自己特殊的服務器類型，而需要訪問的項目包括數據庫訪問，量測量獲取等仍然是SCADA提供。DF8003C的界面高級應用還提供了告警、全工況監視，數據界面管理等功能。智能終端裝置用于實時采集電纜運行環境溫度以及其他的一些遙測量。

目前遙測全景監視系統已順利通過重慶市電力公司永川供電分公司驗收，文章提出的溫度影響載流量的計算方法得到了實際的應用。

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