基于溫度影響的遙測全景監(jiān)視系統(tǒng)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(shè)方式下的載流量的算法進行了深入分析，并描述了其實現(xiàn)。遙測全景監(jiān)視系統(tǒng)是為實時監(jiān)控載流量比率而訂制的，為保證電纜的最佳工作狀態(tài)有積極意義。

關(guān)鍵詞：載流量；溫度因素；敷設(shè)方式；載流量比率；遙測全景監(jiān)視

引言

電纜載流量受電纜本身、敷設(shè)狀態(tài)和環(huán)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(dǎo)體的材質(zhì)和截面，實質(zhì)上就是導(dǎo)體的電阻；二是絕緣的材質(zhì)，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(jié)構(gòu)（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(shè)狀態(tài)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(dǎo)散發(fā)。第二種是涵洞（隧道或電纜溝）內(nèi)架設(shè)，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(fā)，是這四種敷設(shè)方式中散熱效果最好的。第三種是穿管敷設(shè)，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(zhì)是管壁和管道內(nèi)完全靜止的空氣，散熱效果是這四種敷設(shè)方式中最差的。第四種是敷設(shè)在空氣流通但有日照的室外空間，按散熱條件來說是相當(dāng)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(huán)境因素對電纜載流量的影響最大，比電纜本身和敷設(shè)狀態(tài)的影響更甚，其中最明顯的是環(huán)境溫度。環(huán)境溫度高，電纜載流量就低；相反，環(huán)境溫度低，電纜的載流量就高。另外，環(huán)境空氣流通性好，加速電纜散熱，會使載流量提高；反之，環(huán)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(huán)境溫度的溫升表達式可導(dǎo)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(shù)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(dǎo)體最高溫度。電纜運行時，導(dǎo)體損耗都變成了熱量，電纜中導(dǎo)體的溫度最高。但導(dǎo)體“允許最高溫度”取決于絕緣的耐熱性能，電纜標(biāo)準對“允許最高溫度”做了明確規(guī)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(lián)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(huán)境溫度？茲0

環(huán)境溫度對載流量的影響也很大。環(huán)境溫度取值正確與否，關(guān)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(jié)構(gòu)材料，另一部分來自外部環(huán)境。電纜材料的熱阻主要是絕緣熱阻T1、內(nèi)護套熱阻T2、外護套熱阻T3。導(dǎo)體、金屬屏蔽、鎧裝層的材料都是導(dǎo)熱性能很好的金屬，可以忽略熱阻。

2 交聯(lián)聚乙烯銅芯電纜載流量

根據(jù)電纜載流量理論計算公式，可計算出交聯(lián)聚乙烯電纜在不同環(huán)境溫度下的修正系數(shù)；根據(jù)運行經(jīng)驗，可獲得多回電纜平行敷設(shè)時修正系數(shù)和穿管（排管）敷設(shè)時修正系數(shù)。

交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，基本溫度參數(shù)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(huán)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(lián)聚乙烯銅芯電纜（三芯）空氣中敷設(shè)載流量

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

導(dǎo)體工作溫度90℃、環(huán)境溫度40℃時，10kV交聯(lián)聚乙烯銅芯電纜（三芯）空氣中敷設(shè)時的載流量。（表1）

不同環(huán)境溫度下的校正系數(shù)如表2所示。

多回電纜平行敷設(shè)，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(lián)聚乙烯銅芯電纜（三芯）土壤中敷設(shè)載流量

土壤中敷設(shè)，包括直埋敷設(shè)方式和穿管直埋（或排管）敷設(shè)方式。

導(dǎo)體工作溫度90℃、環(huán)境溫度25℃時，10kV交聯(lián)聚乙烯銅芯電纜（三芯）土壤中敷設(shè)時的載流量如表4所示。

穿管（或排管）敷設(shè)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(shè)修正系數(shù)取0.82。

3 10kV電纜安全載流量的計算

電纜安全載流量=標(biāo)況下安全載流量×穿管（排管）敷設(shè)修正系數(shù)×多回平行敷設(shè)修正系數(shù)×環(huán)境溫度修正系數(shù) （3）

（1）標(biāo)況，或稱基準條件，指空氣中敷設(shè)時：環(huán)境溫度40℃，電纜導(dǎo)體工作溫度90℃；土壤中敷設(shè)時：環(huán)境溫度25℃，電纜導(dǎo)體工作溫度90℃。

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

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

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

如空氣中敷設(shè)，環(huán)境溫度為21.7℃時的取值：

相鄰兩個溫度及修正系數(shù)為

（20℃，1.23）、（25℃，1.17）

確定的直線方程為

y=-0.012x+1.47 （4）

于是當(dāng)x=21.7℃時，求得y=1.2096

4 結(jié)束語

遙測全景監(jiān)視系統(tǒng)，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(jiān)測。本系統(tǒng)基于東方電子DF8003C系統(tǒng)，與SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）服務(wù)器架構(gòu)保持相對獨立，遙測全景監(jiān)視系統(tǒng)需建立自己特殊的服務(wù)器類型，而需要訪問的項目包括數(shù)據(jù)庫訪問，量測量獲取等仍然是SCADA提供。DF8003C的界面高級應(yīng)用還提供了告警、全工況監(jiān)視，數(shù)據(jù)界面管理等功能。智能終端裝置用于實時采集電纜運行環(huán)境溫度以及其他的一些遙測量。

目前遙測全景監(jiān)視系統(tǒng)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(yīng)用。

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