本發(fā)明涉及一種電纜試驗(yàn)方法，尤其指一種高壓交流電纜負(fù)荷循環(huán)加熱方法。

背景技術(shù)：

交流電纜在進(jìn)行負(fù)荷循環(huán)時，無法直接測得試驗(yàn)回路的導(dǎo)體溫度，需要設(shè)置模擬回路實(shí)時監(jiān)測導(dǎo)體溫度，從而控制試驗(yàn)回路的導(dǎo)體溫度。因此試驗(yàn)回路施加了交流試驗(yàn)電壓和加熱電流，模擬回路僅施加加熱電流。當(dāng)電壓等級在220kv甚至500kv以上時，試驗(yàn)電壓較高，因交流高壓引起的介質(zhì)損耗對試驗(yàn)回路的溫升的影響將不可忽略。現(xiàn)有針對低電壓等級的交流電纜負(fù)荷循環(huán)的加熱方法，試驗(yàn)回路施加加熱電流與模擬回路相同，而針對高電壓等級的交流電纜來說，這種加熱方法忽略了介質(zhì)損耗引起的對試驗(yàn)回路溫升的影響。當(dāng)模擬回路達(dá)到電纜最高運(yùn)行溫度時的電流值加在試驗(yàn)回路上，可能會使試驗(yàn)回路的電纜溫度高于最高運(yùn)行溫度，導(dǎo)致試驗(yàn)條件過于苛刻，甚至?xí)斐稍囼?yàn)回路電纜過早發(fā)生擊穿，影響電纜試樣電氣性能驗(yàn)證的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是對現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn)，提供一種高壓交流電纜負(fù)荷循環(huán)加熱方法，以達(dá)到試驗(yàn)回路與模擬回路導(dǎo)體溫度控制同步目的。為此，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。

一種高壓交流電纜負(fù)荷循環(huán)加熱方法，其特征在于包括如下步驟：

1)獲得電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)；

2)建立試驗(yàn)回路和模擬回路等效熱路模型；

3)計算導(dǎo)體最高溫度時的模擬回路穩(wěn)態(tài)電流；

4)構(gòu)造損耗等效模型；根據(jù)試驗(yàn)回路和模擬回路等效熱路模型、導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗獲得對應(yīng)的模擬回路和試驗(yàn)回路損耗等效模型；

5)計算穩(wěn)態(tài)時的等效介質(zhì)損耗電流，以確定試驗(yàn)回路和模擬回路的加熱電流差值；等效介質(zhì)損耗電流根據(jù)模擬回路穩(wěn)態(tài)電流及損耗等效模型計算獲得；

6)確定試驗(yàn)回路加熱電流，試驗(yàn)回路加熱電流為模擬回路的加熱電流與等效介質(zhì)損耗電流的差值；

7)在計算得到試驗(yàn)回路加熱電流和等效介質(zhì)損耗電流后，開展負(fù)荷循環(huán)時，試驗(yàn)回路的加熱電流應(yīng)為模擬回路的加熱電流減去等效介質(zhì)損耗電流，并且在試驗(yàn)回路和模擬回路相同工況的電纜表皮設(shè)置多個測溫點(diǎn)進(jìn)行對比。

作為對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明還包括以下附加技術(shù)特征。

進(jìn)一步的，在步驟2)中，建立試驗(yàn)回路和模擬回路等效熱路模型為：

式中：t1為絕緣熱阻，包括內(nèi)外屏蔽及阻水層熱阻；t2為外護(hù)層熱阻；t3為外部熱阻；q1～q3為電纜各層熱容；wd為介質(zhì)損耗；w(t)為導(dǎo)體損耗；ws為金屬套損耗；θ1(t)為導(dǎo)體溫度；θ2(t)為金屬套溫度；θ3(t)為電纜表面溫度；θa(t)為環(huán)境溫度；

對于模擬回路，式(1)變?yōu)?/p>

進(jìn)一步的，步驟3)中，獲取導(dǎo)體最高溫度、環(huán)境溫度、電纜各層熱阻信息，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)載流量計算公式，進(jìn)行仿真計算，將模擬回路電流從0開始逐漸上升，最終計算出導(dǎo)體最高溫度時模擬回路穩(wěn)態(tài)電流。

進(jìn)一步的，步驟4)中，導(dǎo)體損耗為：

w(t)＝{r0[1+a20(θ1(t)-20)](1+ys+yp)}·i²(5)

式中：r0為20℃時導(dǎo)體單位長度的直流電阻，a20為20℃時材料恒定質(zhì)量溫度系數(shù)，ys為鄰近效應(yīng)因素，yp為集膚效應(yīng)因素；

介質(zhì)損耗為：

式中：ω＝2πf；u0為對地電壓；tgδ為介質(zhì)損耗因數(shù)；c為單位長度電纜電容。

進(jìn)一步的，步驟4)中，損耗等效模型為：

it+id＝is

w(t)+wd＝w'(t)

式中：is為模擬回路加熱電流，it為試驗(yàn)回路加熱電流，id為等效介質(zhì)損耗電流，w'(t)為模擬回路導(dǎo)體損耗，w(t)為試驗(yàn)回路導(dǎo)體損耗。

進(jìn)一步的，在步驟5)，當(dāng)電纜導(dǎo)體溫度接近最高運(yùn)行溫度時，等效介質(zhì)損耗電流計算公式為：

試驗(yàn)回路加熱電流計算公式為：

式中：r＝r0[1+a20(θ1(t)-20)(1+ys+yp)]為單位長度電纜的交流電阻。

有益效果：

(1)本發(fā)明充分考慮了高壓電纜的介質(zhì)損耗對負(fù)荷循環(huán)試驗(yàn)?zāi)M回路溫度控制等效性的影響，防止試驗(yàn)回路導(dǎo)體實(shí)際溫度高于模擬回路。

(2)本發(fā)明通過計算穩(wěn)態(tài)時的等效介質(zhì)損耗電流，確定試驗(yàn)回路和模擬回路的加熱電流差值，不必實(shí)時進(jìn)行計算，便于試驗(yàn)操作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明流程圖。

圖2是本發(fā)明電纜試驗(yàn)回路等效熱路模型圖。

圖3是本發(fā)明電纜模擬回路等效熱路模型圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明包括如下步驟：

1)獲得電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)；包括電纜各層的內(nèi)徑和外徑以及電纜各層所使用的材料的密度、電阻率、導(dǎo)熱系數(shù)、定壓熱容等參數(shù)。

2)建立試驗(yàn)回路和模擬回路等效熱路模型；

3)計算導(dǎo)體最高溫度時(100％負(fù)荷因數(shù))的模擬回路穩(wěn)態(tài)電流；

4)構(gòu)造損耗等效模型；根據(jù)試驗(yàn)回路和模擬回路等效熱路模型、導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗獲得對應(yīng)的模擬回路和試驗(yàn)回路損耗等效模型；

5)計算穩(wěn)態(tài)時的等效介質(zhì)損耗電流，以確定試驗(yàn)回路和模擬回路的加熱電流差值；等效介質(zhì)損耗電流根據(jù)模擬回路穩(wěn)態(tài)電流及損耗等效模型計算獲得。

6)確定試驗(yàn)回路加熱電流，試驗(yàn)回路加熱電流為模擬回路的加熱電流與等效介質(zhì)損耗電流的差值。

7)在計算得到試驗(yàn)回路加熱電流和等效介質(zhì)損耗電流后，開展負(fù)荷循環(huán)時，試驗(yàn)回路的加熱電流應(yīng)為模擬回路的加熱電流減去等效介質(zhì)損耗電流，并且在試驗(yàn)回路和模擬回路相同工況的電纜表皮設(shè)置多個測溫點(diǎn)進(jìn)行對比。

以下就部分步驟具體實(shí)施作進(jìn)一步的說明：

一、建立試驗(yàn)回路和模擬回路等效熱路模型，

電纜試驗(yàn)回路等效熱路模型、電纜模擬回路等效熱路模型如圖2、3所示；根據(jù)上述等效熱路模型，可得電纜試驗(yàn)回路暫態(tài)條件下的熱流微分方程如下：

式中：t1為絕緣(含內(nèi)外屏蔽及阻水層)熱阻；t2為外護(hù)層熱阻；t3為外部熱阻；q1～q3為電纜各層熱容；wd為介質(zhì)損耗；w(t)為導(dǎo)體損耗；ws為金屬套損耗；θ1(t)為導(dǎo)體溫度；θ2(t)為金屬套溫度；θ3(t)為電纜表面溫度；θa(t)為環(huán)境溫度。

對于模擬回路，式(1)變?yōu)?/p>

二、計算損耗；

根據(jù)iec60287系列標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)體損耗為

w(t)＝{r0[1+a20(θ1(t)-20)](1+ys+yp)}·i²(5)

式中：r0為20℃時導(dǎo)體單位長度的直流電阻，a20為20℃時材料恒定質(zhì)量溫度系數(shù)，ys為鄰近效應(yīng)因素，yp為集膚效應(yīng)因素。

介質(zhì)損耗為

式中：ω＝2πf；u0為對地電壓；tgδ為介質(zhì)損耗因數(shù)；c為單位長度電纜電容。由于試驗(yàn)時試驗(yàn)回路的金屬套單點(diǎn)接地，金屬套的環(huán)流損耗為零，而金屬套的渦流損耗可忽略不計，因此金屬套損耗ws≈0。

三、計算導(dǎo)體最高溫度時(100％負(fù)荷因數(shù))模擬回路穩(wěn)態(tài)電流；

確定導(dǎo)體最高溫度，環(huán)境溫度，電纜各層熱阻，結(jié)合上述步驟(2)中求得的損耗表達(dá)式，根據(jù)iec60287系列標(biāo)準(zhǔn)載流量計算公式進(jìn)行推導(dǎo)可得：

式中：i為模擬回路導(dǎo)體中通過的電流，r為最高工作溫度下導(dǎo)體單位長度的交流電阻，θ為導(dǎo)體溫度，θ0為環(huán)境溫度，t1，t2,t3分別為單位長度絕緣熱阻，單位長度外護(hù)層熱阻和電纜表面與周圍介質(zhì)單位長度熱阻，λ1，λ2分別為金屬套損耗系數(shù)和鎧裝損耗系數(shù)，對于沒有鎧裝的交聯(lián)聚乙烯電纜來說，λ2＝0。

通過仿真計算，將模擬回路電流從0開始逐漸上升，最終計算出導(dǎo)體最高溫度時(100％負(fù)荷因數(shù))模擬回路穩(wěn)態(tài)電流ismax。

四、構(gòu)造模擬回路和試驗(yàn)回路損耗等效模型；

如圖2和圖3所示，在金屬套損耗忽略不計的情況下，模擬回路和試驗(yàn)回路僅相差了介質(zhì)損耗引起的溫度變化，故構(gòu)造如下等式

it+id＝is(8)

而為了使模擬回路的溫度能夠等效試驗(yàn)回路，應(yīng)有

w(t)+wd＝w'(t)(11)

式中：is為模擬回路加熱電流，it為試驗(yàn)回路加熱電流，id為等效介質(zhì)損耗電流，w'(t)為模擬回路導(dǎo)體損耗，w(t)為試驗(yàn)回路導(dǎo)體損耗。

當(dāng)電纜導(dǎo)體溫度接近最高運(yùn)行溫度時，is即為上述步驟(4)仿真計算得到的ismax。

五、計算等效介質(zhì)損耗電流；

當(dāng)電纜導(dǎo)體溫度接近最高運(yùn)行溫度時，結(jié)合式(9)代入模擬回路加熱電流is可得

式中：r＝r0[1+a20(θ1(t)-20)(1+ys+yp)]即單位長度電纜的交流電阻。以上圖1所示的一種高壓交流電纜負(fù)荷循環(huán)加熱方法是本發(fā)明的具體實(shí)施例，已經(jīng)體現(xiàn)出本發(fā)明實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，可根據(jù)實(shí)際的使用需要，在本發(fā)明的啟示下，對其進(jìn)行形狀、結(jié)構(gòu)等方面的等同修改，均在本方案的保護(hù)范圍之列。