一種三芯電纜填充層暫態(tài)熱路模型的近似處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種三芯電纜填充層暫態(tài)熱路模型的 近似處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，配網(wǎng)電纜運行狀況的評估機制較主網(wǎng)電纜而言并不完善。大型城市配網(wǎng)電 纜面臨著載流量設(shè)定值偏低，且運行管理與維護方面不如主網(wǎng)電纜等問題，從而導(dǎo)致配網(wǎng) 電纜要么沒有充分利用其運輸能力，要么就被放棄規(guī)程載流量設(shè)定上限，長期運行在過載 的情況下。超載流量運行嚴重，電纜加速老化，易引起電纜故障，是配網(wǎng)供電可靠性一大威 脅。要掌握配網(wǎng)電纜運行狀況，實現(xiàn)配網(wǎng)電纜的實時監(jiān)控，可靠的配網(wǎng)三芯電纜導(dǎo)體溫度計 算是關(guān)鍵。
[0003] 目前國內(nèi)外計算配網(wǎng)三芯電纜導(dǎo)體溫度的方法主要可分為兩大類：解析算法和數(shù) 值算法。其中解析算法主要是熱路法。
[0004] 熱路法是根據(jù)電纜內(nèi)部從導(dǎo)體到電纜表面?zhèn)鳠崽攸c，建立熱路模型。模型由代表 電纜各層材料特性的熱阻、熱容、熱源等元件組成。用熱阻表示電纜穩(wěn)態(tài)傳熱過程中每一層 材料對電纜散熱過程的阻礙作用。模型參數(shù)的準確度決定了該方法的準確性。因此計算三 芯電纜填充層熱阻對計算導(dǎo)體溫度有重要意義。
[0005] 對于熱阻在IEC標準中有相關(guān)的計算公式，IEC標準主要是憑經(jīng)驗數(shù)據(jù)對三芯電 纜各層材料熱阻進行等效計算，沒有對三芯電纜的暫態(tài)熱路模型進行研宄，也沒有對誤差 的產(chǎn)生展開分析，缺乏理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡單易行的三芯電纜填充層暫 態(tài)熱路模型的近似處理方法，可廣泛用于三芯電纜溫度的測量與監(jiān)測。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種三芯電纜填充層暫態(tài)熱路模 型的近似處理方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0008] 1)把三芯電纜每相鄰兩根線芯間的填充層沿著電纜半徑方向?qū)ΨQ分成兩部分，這 兩部分之間是絕熱的，即在把填充層分成兩部分的對稱軸上不進行熱量的傳遞或交換；
[0009] 2)對按步驟1)分開后的每一部分填充層沿線芯表面圓周方向進行分層；
[0010] 3)按照等熱容即每層熱容值相等、等厚度即每層厚度相等、熱容比即內(nèi)層至外層 熱容比例為1:2:· · ·η、厚度比即內(nèi)層至外層厚度比例1:2:· · ·η這四種方法，構(gòu)建填 充層的暫態(tài)熱路模型；
[0011] 4)通過對三芯電纜填充層進行近似處理后，可由分層以后內(nèi)側(cè)面溫度的溫升近似 代替整層的溫升；
[0012] 5)線芯表面在填充層上傳遞熱量時，視為分層傳熱，即熱量在填充層傳遞時，是由 第一層傳至第二層，再由第二層傳至第三層，逐次類推，按照步驟2)中的剖分情況進行逐 層熱量傳遞。
[0013] 在步驟2)中，在穩(wěn)定的熱場下，假定有內(nèi)、外半徑分別是圓筒壁，假設(shè)Γι 處的溫度維持在均勻恒定的t/C，r2處的溫度維持在均勻恒定的12°C，利用圓柱坐標系（r， Φ，z)構(gòu)建傳熱方程
[0014]
【主權(quán)項】
1. 一種三芯電纜填充層暫態(tài)熱路模型的近似處理方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 把三芯電纜每相鄰兩根線芯間的填充層沿著電纜半徑方向?qū)ΨQ分成兩部分，這兩部 分之間是絕熱的，即在把填充層分成兩部分的對稱軸上不進行熱量的傳遞或交換； 2) 對按步驟1)分開后的每一部分填充層沿線芯表面圓周方向進行分層； 3) 按照等熱容即每層熱容值相等、等厚度即每層厚度相等、熱容比即內(nèi)層至外層熱容 比例為1:2:· · ·η、厚度比即內(nèi)層至外層厚度比例1:2:· · ·η這四種方法，構(gòu)建填充層 的暫態(tài)熱路模型； 4) 通過對三芯電纜填充層進行近似處理后，可由分層以后內(nèi)側(cè)面溫度的溫升近似代替 整層的溫升； 5) 線芯表面在填充層上傳遞熱量時，視為分層傳熱，即熱量在填充層傳遞時，是由第一 層傳至第二層，再由第二層傳至第三層，逐次類推，按照步驟2)中的剖分情況進行逐層熱 量傳遞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三芯電纜填充層暫態(tài)熱路模型的近似處理方法，其特征 在于：在步驟2)中，在穩(wěn)定的熱場下，假定有內(nèi)、外半徑分別是!^、!^的圓筒壁，假設(shè) Γι處的 溫度維持在均勻恒定的t/C，r2處的溫度維持在均勻恒定的12°C，利用圓柱坐標系（r，Φ， z)構(gòu)建傳熱方程
邊界條件Γ = T1時，t = t p r = r2時，t = 12 代入邊界條件可得熱場穩(wěn)定情況下電纜圓筒壁的溫度分布：
由上式可知，圓筒壁的半徑r越小，該圓筒面上的溫度梯度越大，因此，為減小對填充 層分層處理后，上一層與下一層的內(nèi)外側(cè)溫度溫升速率的不一致性，應(yīng)對填充層進行細分， 考慮到電纜為內(nèi)置熱源，理論上半徑r越小則所分層上的溫度梯度越大，應(yīng)剖分得越細，而 剖分越細則模型精度越高； 在步驟4)中，構(gòu)建暫態(tài)熱路分布參數(shù)模型，假定剖分的上下兩層填充層以線芯中心為 原點的半徑為^和r 2，則存儲于熱容的熱量為：
式中，c為電纜單位長度的電容；cU為時間間隔；ΔΓ表示r#r2之間圓筒壁在時間 dT內(nèi)的平均溫升； 在剖分的填充層中，半徑rdP r 2之間那部分的能量守恒方程為：
式中，λ為填充層的導(dǎo)熱系數(shù)，單位K ·πι/Ι ;Pi為流入所剖分的填充層的熱量；P P為所 剖分的填充層產(chǎn)生的熱量；Pk為流經(jīng)填充層熱阻的熱量；P。為存儲在填充層熱容的熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三芯電纜填充層暫態(tài)熱路模型的近似處理方法，其特征 在于：在步驟5)中，熱量在每一層間的傳遞是均勻的，即熱量能夠均勻地由上一層傳至下 一層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三芯電纜填充層暫態(tài)熱路模型的近似處理方法，通過把線芯間的三處填充層沿電纜半徑方向?qū)ΨQ分成兩部分，分開的兩部分填充層之間是絕熱的，再分別對每一部分填充層沿線芯表面圓周方向進行按照等厚度、等熱容、厚度依次比、熱容依次比等四種方法的暫態(tài)熱路模型分層，即構(gòu)造一個線芯在填充層中分層傳遞熱量的暫態(tài)熱路模型。本發(fā)明方法簡單易行，可廣泛用于三芯電纜溫度的測量與監(jiān)測。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104732080
【申請?zhí)枴緾N201510119053
【發(fā)明人】劉剛, 繆威桑, 高培, 雷震, 呂夢璇, 王鵬
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月18日