电缆导体无线测温与电缆运行状态监测系统的应用介绍

电缆导体无线测温与电缆运行状态监测系统的应用

柯德刚①杜成龙①宋健瑛②吴星法①

上海永锦电气技术股份有限公司①上海永锦电气集团有限公司②

摘要：在建设智能电网的大背景下，为了既能充分提升电力电缆线路的输送能力，又能使其安全稳定的运行，对电缆运行温度进行监控是一种比较直观的方法。而导体无线测温技术相比红外测温、电缆外皮光纤测温、电缆外屏蔽光纤测温、电缆接头表面及应力锥部位测温等具有更高的测温精度，更能真实的反应出电缆的运行状态。

关键词：电力电缆导体运行温度；无线测温技术；电缆状态监测；

The Wireless temperature of cable conductor and the application of the condition

monitoring of cable runs

Ke Degang①Du Chenglong①Song Jianying②Wu Xingfa①

Shanghai Yongjin electric technology Limited by Share Ltd① Shanghai Yongjin Electric Group Co.Ltd.②

Abstract: under the background of building a smart grid, in order to fully enhance the transmission capacity of power cable line, and the safe and stable operation, the cable temperature monitoring is a relatively straightforward way. Conductor wireless temperature measuring technology of infrared measuring temperature, skin temperature measurement of optical fiber, cable shielding for cables o ptical fiber temperature measurement, cable connector and stress-position measuring has higher pre cision, more real response out of the cable run.

Key words: Power cable conductor operating temperature; wireless temperature measurement technology; cable condition monitoring;

近年来在建设坚强智能电网的背景下，我国城市输配电电缆线路发展迅速，电力电缆使用数量逐年增长，其中高压和超高压电力电缆，已成为城市输电网络的主要组成部分，在北京、上海、广州、天津、深圳等经济发达的城市及大部分省会城市，都建成了规模庞大的地下电缆供电系统。既保证电力电缆供电系统的安全稳定运行、又充分发挥电力电缆输送电能量是当下一个重要的任务。

电力电缆线路尤其是交联聚乙烯（XLPE）绝缘电力电缆因其具有良好的电气性能，敷设容易、运行维护简单等优点而被广泛应用。但偶发的电缆线路故障不可避免，我国电力电缆输电线路的故障率目前仍高于国际上的发达国家。电缆线路的故障发生以后，一般的结果都比较严重，如：停电，甚至起火。据统计2000 年中国发生的火灾中因电气原因引发的数量为31933起，占火灾总数的26.1%，其中因电缆线路引起的火灾占整个电气火灾数量的50%以上⑴。（估计近年来这个比例在大幅下降）

引起交联电缆线路故障的原因有电缆本体、电缆附件、电缆敷设、附件安装、外力破坏、电缆线路接地系统设计、电缆线路过载等。相关统计资料反映电缆线路主要故障原因是外力破坏，占比58%。除去外力破坏，电缆附件发生的故障率高于电缆本体，电缆中间接头故障率高于电缆终端。引起中间接头故障的主要原因是因安装不当，另外电缆中间接头导体连接金具与电缆线芯配合不合理也是一个原因⑵；引起电缆本体故障的原因一般是电缆本体树枝状老化击穿和过载。

为防止电缆线路发生恶性故障有必要加强对电缆线路的监控。其中对电缆运行温度的监控是一个比较直观的方法。

电力电缆的运行温度是一个重要参数。当电缆在额定负荷下运行时，线芯温度达到允许值；电缆一旦过负荷，线芯温度将急剧上升，加速绝缘老化，甚至发生热击穿。有研究发现，当交联聚乙烯（XLPE）电缆的工作温度超过允许值的8%时，其寿命将减半；如果超过15%，电缆寿命将只剩下1/4⑶。

另外一个方面由于早期电缆线路设计、建设工作经验不足，一般比较保守，导致很多高压电缆线路的实际载容量远低于允许容量，空置了较多的输送能力。而现在社会经济发展需

要增加电能的供应，输电空间走廊又受限，提升原来建设的电缆线路的输送能力成为电力系统的一个重要工作。

因为从提高电缆线路安全稳定运行水平，防止发生严重故障的角度需要对电缆线路的运行温度进行监测，从实现动态增容的角度也要对电缆运行温度进行监测。所以近年来有较多大学（西安交通大学、华北电力大学、重庆大学、电子科技大学等）、研究院所（中国电科院、国网电科院、南网电科院等）、供电公司（北京、上海、广东、杭州、天津等）都在电缆运行温度检测方面进行了研究与应用。

华南理工大学、湖北省电力公司、广东电网公司在完成国家重点基础研究计划（973计划2009CB-724507）中提出了实现电缆动态增容的方法，并模拟电缆的隧道敷设环境设计了110kV交联聚乙烯单芯电缆的正常负荷、满负荷、超负荷等阶跃电流温升实验。发现：实验得到的电缆导体温升时间与理论计算得到的导体温升时间基本相符；电缆增加的容量在电缆正常负荷运行范围内，根据供电需求可以长时间对电缆进行动态增容⑷。

上海市电力公司在保证电缆温度不越限的前提下，通过建立电缆导体实时温度模型，配合温度监测技术，提出可行的短时动态增容方案，使得电缆线路能在一定时间内发挥其最大的输电能力。已在上海杨建2145等四回220 kV电缆上试应用⑶。

河北科技大学在河北省科技支撑计划（10213557）资助下完成了：利用有限元计算地下电缆的焦耳损耗和温度场分布；利用迭代法实现地下电缆温度场和电磁场间的耦合计算，提高了地下电缆温度场计算的精度；利用迭代法确定地下电缆的载流量。耦合计算结果比非耦合计算结果更接近试验结果，可满足工程实际的需要⑸。