CN116380285A - 一种具有温测功能的电缆终端及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有温测功能的电缆终端及其监测方法。其中，具有温测功能的电缆终端包括电缆终端本体和一个或多个温度感知元件；各所述温度感知元件设在电缆终端本体内；电缆终端本体包括电缆，电缆一侧的线芯压接导电杆；电缆另一侧套设有应力锥主体；应力锥主体的低场强区连接密封套；密封套底部安装在下法兰上，下法兰底部设有接收天线，接收天线连接各温度感知元件和温度监测装置，温度监测装置通过接收天线获取各温度感知元件的信号。本发明能够实现电缆终端内部温度监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有温测功能的电缆终端及其监测方法，属于电力电缆附件技术领域。
背景技术
随着社会的快速发展，城市化进程不断加快，作为城市电网中的重要设备，高压电缆的市场需求量急剧增长。
常规的220kV电缆终端产品没有温度监测功能，因此无法对运行过程中的高压电缆终端进行监测，只能通过人工巡检或者维护进行检测。由于终端有裸露的高压部位，需要安装在高处，因此人工巡检的有效性大大降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种具有温测功能的电缆终端及其监测方法，能够实现电缆终端温度监测。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
一方面，本发明提供一种具有温测功能的电缆终端，包括电缆终端本体和一个或多个温度感知元件；
各所述温度感知元件设在电缆终端本体内；
所述电缆终端本体包括电缆，电缆一侧的线芯压接导电杆，电缆另一侧套设有应力锥主体；
所述应力锥主体的低场强区连接密封套，密封套底部安装在下法兰上，下法兰底部设有接收天线，接收天线连接各温度感知元件和温度监测装置，温度监测装置通过接收天线获取各温度感知元件的信号。
进一步的，所述温度感知元件包括第一温度感知元件、第二温度感知元件和/或第三温度感知元件；
所述第一温度感知元件安装在导电杆上，导电杆的材质与电缆线芯的材质相同；
所述第二温度感知元件安装在应力锥主体的低场强区；
所述第三温度感知元件安装在密封套上。
进一步的，所述温度感知元件为无源无线温度传感器。
进一步的，所述应力锥主体为橡胶材质。
进一步的，所述密封套同轴套设在电缆外侧；
所述密封套的内表面与电缆的外表面之间在与电缆轴向垂直的方向上的距离为50-70mm。
进一步的，所述的具有温测功能的电缆终端包括套管；
所述套管一端安装在下法兰上；
所述套管另一端设有上法兰，上法兰套设在导电杆上，导电杆连接外置的接线夹。
进一步的，所述套管与密封套外侧之间填充有绝缘油；
所述密封套为铝合金材质。
进一步的，所述应力锥主体的低场强区的约束条件：
E(r)<第二温度感知元件的抗辐射强度
式中，U为电缆***的电压，r1为应力锥半径，d为应力锥环主体内表面至电缆线芯的屏蔽层表面的距离。
进一步的，所述第三温度感知元件(93)上包裹有高温密封胶。
另一方面，本发明介绍一种电缆终端的监测方法，包括以下步骤：
获取电缆终端内部温度；
根据电缆终端内部温度监测电缆终端工作状态是否异常，若异常，则发出告警信号。
进一步的，所述电缆终端内部温度包括导电杆的温度、应力锥主体的温度和/或密封套的温度。
进一步的，所述根据电缆终端内部温度监测电缆终端工作状态是否异常包括：
根据导电杆的温度判断输电线路是否过载，若过载，则发出告警信号，若不过载，则根据导电杆的温度判断电缆线芯的温度是否异常，若异常，则发出告警信号；
进一步的，所述根据电缆终端内部温度监测电缆终端工作状态是否异常包括：
根据应力锥主体的温度判断应力锥性能和安装是否合格，若不合格，则发出告警信号；
进一步的，所述根据电缆终端内部温度监测电缆终端工作状态是否异常包括：
根据密封套的温度和应力锥主体的温度判断应力锥主体的作业环境温度是否异常，若异常则发出告警信号。
进一步的，所述电缆线芯的温度等于导电杆的温度；
进一步的，所述应力锥主体的作业环境温度等于密封套的温度。
进一步的，所述根据导电杆的温度判断输电线路是否过载包括下式：
式中，I为输电线路电流，Δθ为导电杆的温度，R为电缆线芯在最高工作温度下单位长度的交流电阻，Wd为每相电缆线芯绝缘单位长度的介质损耗，T1为电缆线芯和电缆的金属护层之间单位长度的热阻，T2为电缆的金属护层和电缆外护套之间衬垫层单位长度的热阻，T3为电缆外护套单位长度热阻，T4为电缆表面和周围介质之间单位长度的热阻，n为电缆中载有负荷的导体数，λ1为电缆的金属护层损耗相对每相电缆线芯总损耗的比率，λ2为电缆外护套损耗相对于每相电缆线芯总损耗的比率，σ为日光照射下电缆表面的吸收系数，
为电缆外径，H为日光辐射强度，夜晚时，H＝0，/>
为日光照射下自由空气中电缆修正的外部热阻。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明通过设置温度感知元件、接收天线和温度监测装置，实现了在电缆终端运行时，进行电缆终端内部温度的监测。
同时设置多个温度感知元件时，通过多个温度感知元件实现了电缆终端内部多点同时监测。
附图说明
图1所示为本发明具有温测功能的电缆终端的一种实施例结构示意图；
图2所示为本发明电缆终端本体在热循环试验电压下的电势分布图；
图3所示为本发明具有温测功能的电缆终端在热循环试验电压下的电势分布图；
图4所示为本发明电缆终端本体在雷电冲击试验电压下的电势分布图；
图5所示为本发明具有温测功能的电缆终端在雷电冲击试验电压下的电势分布图；
图6所示为本发明电缆终端本体在热循环试验电压下的场强分布图；
图7所示为本发明具有温测功能的电缆终端在热循环试验电压下的场强分布图；
图8所示为本发明电缆终端本体在雷电冲击试验电压下的场强分布图；
图9所示为本发明具有温测功能的电缆终端在雷电冲击试验电压下的场强分布图；
图10所示为本发明电缆终端的的监测方法的一种实施例流程图；
图中：1、导电杆，2、应力锥主体，3、密封套，4、接收天线，5、温度监测装置，6、电缆，7、套管，81、上法兰，82、下法兰，91、第一温度感知元件，92、第二温度感知元件，93、第三温度感知元件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例介绍一种具有温测功能的电缆终端。
本实施例的电缆终端包括电缆终端本体和一个或多个温度感知元件，各所述温度感知元件设在电缆终端本体内。
应用时，温度感知元件包括第一温度感知元件91、第二温度感知元件92和/或第三温度感知元件93。
参考图1，本实施例的电缆终端包括电缆终端本体，电缆终端本体包括电缆6，电缆6一侧的线芯压接导电杆1，导电杆1的材质与电缆线芯的材质相同，导电杆1上设有第一温度感知元件，此时第一温度感知元件检测到的导电杆1的温度可以看作是电缆线芯的温度。
应用中，电缆线芯温度是高压电缆运行安全的重要指标，电缆正常运行时，电缆线芯允许的最高温度为90℃，当电缆线芯温度长期高于90℃时会软化电缆绝缘层，造成电缆线路击穿等故障。
参考图1，电缆6另一侧套设有应力锥主体2，应力锥主体2的低场强区设有第二温度感知元件92。
应力锥主体2是户外电缆终端的重要部件，能够改善绝缘屏蔽层的电场分布，降低电晕产生的可能性，减少绝缘的破坏，保证电缆的运行寿命。当应力锥内部场强发生畸变时，应力锥主体2的温度会升高。
参考图1，应力锥主体2的低场强区连接密封套3，密封套3上设有第三温度感知元件93。由于密封套表面均为低场强区域，因此，第三温度感知元件93不会受电缆终端电场的影响。
第三温度感知元件93不易受到电缆、应力锥或应力锥主体2的影响，从而可根据密封套的温度判断应力锥主体2的作业环境温度是否异常。
参考图1，密封套3底部安装在下法兰82上，下法兰82底部设有接收天线4，接收天线4连接各温度感知元件和温度监测装置5。应用中，接收天线4基材为陶瓷材质，外壳为绝缘材料。
各温度感知元件通过射频电磁场与接收天线4进行能量与数据的传输，温度监测装置5通过接收天线4获取各温度感知元件的信号。应用中，温度感知元件为温度传感器。
本实施例的各温度传感器包括内置芯片和连接天线，温度监测装置5通过接收天线发射电磁波，温度传感器侧的连接天线处于磁场中通过电磁感应将能量转换为交流电，温度传感器的内置芯片整流将交流转换成直流为温度传感器作业供能。
下法兰以下均为低场强区域，将接收天线4安装在此位置处不会受到电缆终端表面电场的影响。应用中，接收天线4通过安装支架安装在下法兰下部，不会影响电缆终端的结构，因此，本实施例能够在不修改电缆终端结构的情况下进行温度数据信号接收。
实际应用时，温度监测装置包括温度采集主机、供电模块、通讯模块。其温度采集主机CDT-1300可将各温度感知元件采集的模拟量数据转换数字量数据并通过通讯模块的RS485/232/RJ45/Zigbee等接口将数据上送至监控平台进行户外电缆终端温度监测。
本发明通过设置温度感知元件、接收天线和温度监测装置，实现了在电缆终端运行时，进行电缆终端内部温度的监测；通过设置多个温度感知元件，实现了电缆终端内部多点同时监测；解决了电缆终端运行时内部温度无法准确测量以及多点同时测量的问题。
本发明通过无源传感技术解决了电缆终端安装温度监测装置的难度，降低了对电缆终端电场分布影响。
本发明利用多个温度感知元件配置一个温度监测装置，减少了温度监测装置数量，降低了安装及通讯连接的工作量。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例详细介绍了具有温测功能的电缆终端。
本实施例的电缆终端包括套管7。参考图1，套管7一端安装在下法兰82上；套管7另一端设有上法兰81，上法兰81套设在导电杆1上，导电杆1连接外置的接线夹。
本实施例的密封套为铝合金材质，密封套同轴套设在电缆外侧，密封套内表面与电缆外表面之间在与电缆轴向垂直的方向上的距离为50-70mm，因此，密封套的温度不会受到电缆温度的影响。
此外，套管7与密封套3外侧之间填充有绝缘油，第三温度感知元件93安装在密封套3外表面，则第三温度感知元件93检测的温度可以看作是绝缘油的油温。
应用中，制作一个内含第三温度感知元件93的橡胶圈，橡胶圈直径比密封套3直径小50mm，并将内含第三温度感知元件93的橡胶圈套入密封套3，使得橡胶圈在电缆终端运行过程中保持良好的压紧力。
此外，在橡胶圈外使用耐高温密封胶带包裹，避免因为受热影响导致三温度感知元件93移位。
实际应用时，内含第三温度感知元件93的橡胶圈的材质与应力锥主体2材质相同，耐高温密封胶的组分与应力锥主体2与密封套3衔接处密封胶材质相同，能够有效粘结密封套3与应力锥主体2即可。
本实施例的应力锥主体为橡胶材质，应力锥主体的低场强区的约束条件：
E(r)<第二温度感知元件的抗辐射强度
式中，U为电缆***的电压，r1为应力锥半径，d为应力锥环主体内表面至电缆线芯的屏蔽层表面的距离，第二温度感知元件的抗辐射强度大于等于10V/m。
应用中，制作一个内含第二温度感知元件92的橡胶圈，内含第二温度感知元件92的橡胶圈与应力锥主体2用相同橡胶制作，此外，橡胶圈以套设的状态设置在应力锥主体2上，应力锥主体2与橡胶圈为一体注塑制成。使得内含第二温度感知元件92的橡胶圈与应力锥主体2材质相同、热膨胀系数相同，并且，不会因受热影响导致第二温度感知元件92移位。
第二温度感知元件92能够直接对应力锥主体温度进行测量，根据应力锥主体的温度变化判断应力锥性能及安装缺陷。
实际应用时，应力锥主体温度超过40℃时，发出告警信号，以提示工作人员检查应力锥性能、应力锥安装和应力锥主体的安装。
实施例3
本实施例为了验证温度感知元件的安装，对电缆终端本体的电场分布无影响，对电缆终端本体和实施例1或2记载的电缆终端进行有限元分析法分析电场分布，通过建模、求解、和结果分析利用COMSOL软件进行电场仿真计算可知，安装温度感知元件后，电缆终端没有发生场强畸变情况，参考图2-图9，即安装温度感知元件对电缆终端的电场分布无影响。
实施例4
在实施例1或2的基础上，本实施提供一种电缆终端的监测方法。
本实施例的电缆终端的监测方法包括：
获取电缆终端内部温度；
根据电缆终端内部温度监测电缆终端工作状态是否异常，若异常，则发出告警信号。
其中，电缆终端内部温度包括导电杆的温度、应力锥主体的温度和/或密封套的温度。
实施例5
在实施例4的基础上，本实施例详细介绍了电缆终端的监测方法。
参考图10，本实施例的监测方法包括以下步骤：
S1获取导电杆、应力锥主体以及密封套的温度；
S2根据导电杆的温度判断输电线路是否过载，若过载，则发出告警信号，若不过载，则根据导电杆的温度判断电缆线芯的温度是否异常，若异常，则发出告警信号；
S3根据应力锥主体的温度判断应力锥性能和安装是否合格，若不合格，则发出告警信号；
S4根据密封套的温度和应力锥主体的温度判断应力锥主体的作业环境温度是否异常，若异常则发出告警信号。
实施例6
在实施例5的基础上，本实施例详细介绍了电缆终端的监测方法。
S1获取导电杆、应力锥主体以及密封套的温度。
应用中，导电杆的温度看作为电缆线芯的温度；密封套的温度看作应力锥主体的作业环境温度。
S2根据导电杆的温度判断输电线路是否过载，若过载，则发出告警信号，若不过载，则根据导电杆的温度判断电缆线芯的温度是否异常，若异常，则发出告警信号。
应用中，通过下式根据导电杆的温度判断输电线路是否过载：
式中，I为输电线路电流，Δθ为导电杆的温度，R为电缆线芯在最高工作温度下单位长度的交流电阻，Wd为每相电缆线芯绝缘单位长度的介质损耗，T1为电缆线芯和电缆的金属护层之间单位长度的热阻，T2为电缆的金属护层和电缆外护套之间衬垫层单位长度的热阻，为T3——电缆外护套单位长度热阻，T4为电缆表面和周围介质之间单位长度的热阻，n为电缆中载有负荷的导体数，λ1为电缆的金属护层损耗相对每相电缆线芯总损耗的比率，λ2为电缆外护套损耗相对于每相电缆线芯总损耗的比率，λ为日光照射下电缆表面的吸收系数，
为电缆外径，H为日光辐射强度，夜晚时，H＝0，/>
为日光照射下自由空气中电缆修正的外部热阻。
应用时，白天有阳光照射，因此，白天运行时使用上述公式测算输电线路电流，晚上没有阳光照射，因此，晚上运行时使用以下公式测算输电线路电流：
实际应用时，当输电线路电流大于安全电流时，发出告警信号；若输电线路电流小于安全电流，但是导电杆的温度高于90℃，发出告警信号。
S3根据应力锥主体的温度判断应力锥性能和安装是否合格，若不合格，则发出告警信号。
应用时，应力锥主体温度超过40℃时，发出告警信号，以提示工作人员检查应力锥性能、应力锥安装和应力锥主体的安装。
S4根据密封套的温度和应力锥主体的温度判断应力锥主体的作业环境温度是否异常，若异常则发出告警信号。
应用时，密封套的温度与应力锥主体的温度的差值大于预设阈值时，证明应力锥主体的温度与环境温度差距过大，需要发出告警信号，避免事故发生。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (14)
1.一种具有温测功能的电缆终端，其特征在于，包括电缆终端本体和一个或多个温度感知元件；
各所述温度感知元件设在电缆终端本体内；
所述电缆终端本体包括电缆(6)，电缆(6)一侧的线芯压接导电杆(1)，电缆(6)另一侧套设有应力锥主体(2)；
所述应力锥主体(2)的低场强区连接密封套(3)，密封套(3)底部安装在下法兰(82)上，下法兰(82)底部设有接收天线(4)，接收天线(4)连接各温度感知元件和温度监测装置(5)，温度监测装置(5)通过接收天线(4)获取各温度感知元件的信号。
2.根据权利要求1所述的具有温测功能的电缆终端，其特征在于，所述温度感知元件包括第一温度感知元件(91)、第二温度感知元件(92)和/或第三温度感知元件(93)；
所述第一温度感知元件(91)安装在导电杆(1)上，导电杆(1)的材质与电缆线芯的材质相同；
所述第二温度感知元件(92)安装在应力锥主体(2)的低场强区；
所述第三温度感知元件(93)安装在密封套(3)上。
3.根据权利要求1或2所述的具有温测功能的电缆终端，其特征在于，所述温度感知元件为无源无线温度传感器。
4.根据权利要求1所述的具有温测功能的电缆终端，其特征在于，所述应力锥主体(2)为橡胶材质。
5.根据权利要求1所述的具有温测功能的电缆终端，其特征在于，所述密封套(3)同轴套设在电缆(6)外侧；
所述密封套(3)的内表面与电缆(6)的外表面之间在与电缆轴向垂直的方向上的距离为50-70mm。
6.根据权利要求1所述的具有温测功能的电缆终端，其特征在于，包括套管(7)；
所述套管(7)一端安装在下法兰(82)上；
所述套管(7)另一端设有上法兰(81)，上法兰(81)套设在导电杆(1)上，导电杆(1)连接外置的接线夹。
7.根据权利要求6所述的具有温测功能的电缆终端，其特征在于，所述套管(7)与密封套(3)外侧之间填充有绝缘油；
所述密封套(3)为铝合金材质。
8.根据权利要求2所述的具有温测功能的电缆终端，其特征在于，所述应力锥主体(2)的低场强区的约束条件：
E(r)<第二温度感知元件的抗辐射强度
式中，U为电缆***的电压，r1为应力锥半径，d为应力锥环主体内表面至电缆线芯的屏蔽层表面的距离。
9.根据权利要求2所述的具有温测功能的电缆终端，其特征在于，所述第三温度感知元件(93)上包裹有高温密封胶。
10.一种电缆终端的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电缆终端内部温度；
根据电缆终端内部温度监测电缆终端工作状态是否异常，若异常，则发出告警信号。
11.根据权利要求10所述的电缆终端的监测方法，其特征在于，所述电缆终端内部温度包括导电杆的温度、应力锥主体的温度和/或密封套的温度。
12.根据权利要求11所述的电缆终端的监测方法，其特征在于，所述根据电缆终端内部温度监测电缆终端工作状态是否异常包括：
根据导电杆的温度判断输电线路是否过载，若过载，则发出告警信号，若不过载，则根据导电杆的温度判断电缆线芯的温度是否异常，若异常，则发出告警信号；
和/或，根据应力锥主体的温度判断应力锥性能和安装是否合格，若不合格，则发出告警信号；
和/或，根据密封套的温度和应力锥主体的温度判断应力锥主体的作业环境温度是否异常，若异常则发出告警信号。
13.根据权利要求12所述的电缆终端的监测方法，其特征在于，所述电缆线芯的温度等于导电杆的温度；
和/或，所述应力锥主体的作业环境温度等于密封套的温度。
14.根据权利要求12所述的电缆终端的监测方法，其特征在于，所述根据导电杆的温度判断输电线路是否过载包括下式：
式中，I为输电线路电流，Δθ为导电杆的温度，R为电缆线芯在最高工作温度下单位长度的交流电阻，Wd为每相电缆线芯绝缘单位长度的介质损耗，T1为电缆线芯和电缆的金属护层之间单位长度的热阻，T2为电缆的金属护层和电缆外护套之间衬垫层单位长度的热阻，T3为电缆外护套单位长度热阻，T4为电缆表面和周围介质之间单位长度的热阻，n为电缆中载有负荷的导体数，λ1为电缆的金属护层损耗相对每相电缆线芯总损耗的比率，λ2为电缆外护套损耗相对于每相电缆线芯总损耗的比率，σ为日光照射下电缆表面的吸收系数，
为电缆外径，H为日光辐射强度，夜晚时，H＝0，/>
为日光照射下自由空气中电缆修正的外部热阻。
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