基于光栅光纤传感的电力电缆在线监测系统研究.pdf

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1、分类号UDC学校代码劣膊姑笋大李学位论题英文目田田牙光纤纤卜月传月感的电力电缆在线监视视Researehontheon一linemonitoringsvstem研究生姓名赵洋洋指导教师姓名一韭窦丝互一职称一遏旦教逻一学位生到乙‘单位名称自动化学院邮编430070申请学位级别硕士学科专业名称电力电子与电力传动论文提交日期加“年洲论文答辩日期2011年5月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2011年5月.任石摘3七近年来，随着我国经济的高速发展，城市规模不断扩大，对电力的需求也越来越

2、大，对供电可靠性的要求也越来越高。再加上我国对城市规划水平的不断提高，各大城市已经在努力提高城市的地下电缆化率，这样不仅可以减少城市中现在存在的大量横纵交错的蛛网状架空线路，而且可以使城市更加美观，同时还能提高供电的可靠性。如武汉主要街道的架空线路已经转为敷设在电缆沟的11OkV电压等级的xLPE交联聚乙烯绝缘电缆。随着我国经济的进一步发展，对电力的需求也会进一步提高，这就需要更高等级的电力电缆来提高输送电能砂的能力。电力电缆一般是敷设于专门的电缆隧道和土壤中。由于电力电缆的初期投入非常高，这就使电力

3、电缆的运行管理和监测维护以延长其使用寿命变的越来越重要。其实A.E.Kennely早在1893年就己经开始对埋地电力电缆载流量进行研究。随后由Neher和McGrath做了进一步的研究，而他们的研究工作正是IEC一60287的基础。本文所研究的基于光纤光栅的电力电缆在线监测系统主要从下面几个方面展开:首先是采用何种方式获得温度参数。由于电力电缆的铺设距离一般都长达几公里，所以测量信号的传递是一个不容忽视的问题;另外电力电缆有的铺设在电缆隧道中，但目前有大量是直接埋在土壤中的，对测量器件的耐腐蚀性、防潮

4、特性等要求比较高。所以传统上依靠热电偶等不能满足对电力电缆的测温要求。本文通过讨论光纤光栅测温传感技术工作原理，分析光纤光栅测温传感技术的信号传递，介绍光纤光栅测温传感器的物理化学特性以及工作环境等多方面对光纤光栅温度传感器进行介绍。并探讨光纤光栅测温系统如何实现对电力电缆所需温度参数进行监测。其次是如何将监测到的温度参数转换为和电力相关的载流量等参数。在此方面前人已经做过相关的研究，正C也有相关计算标准。本文首先介绍电力电缆的基本组成结构，逐层剖析电力电缆的发热原理以及热量传播和扩散的基本路径。利用

5、电路的原理，把电力电缆的发热源看作电源、热量的传播路径看作导电的电路、对热量的传播具有阻碍或存储功能的结构看作电路中的基本元件，如电阻、电容等，由此建立热路和电路之间的对应关系，采用集中参数法对电多力电缆建立较为完整的热路模型。根据建立的电力电缆热路模型推导电力电缆在稳态时载流量与环境温度以及电力电缆表皮温度之间的数学关系;参照IEC标准，对所建热路模型进行化简，得到相对简单的具有二支网络结构电力电缆热路模型，并对其进行数学推导，得到在暂态下电力电缆导体温度相对于表皮温度的暂态温升，从而得到导体在暂态

6、时的温度变化。本文还对电力电缆所在介质(敷设环境)建立数学模型，分析介质中热量的传播。比如敷设在土壤中的电力电缆，由于土壤的散热速度和土质、土壤湿度等多方面因素有关，本文采用指数积分函数对其进行描述。对于电力电缆的绝缘特性一直没有一种较为实时的判断，本文通过对绝缘层介电常数E和绝缘层介质损耗角正切值tg占的物理意义及在电力电缆中的应用，建立绝缘特性和绝缘层温度降的数学关系，实时判断绝缘特性的变化情况。最后，本文根据所建热路模型和工EC相关计算标准，用VB编写电力电缆载流量计算软件。简要介绍基于光纤光栅

7、的电力电缆在线监测系统的物理结构。出于对电力部门运行数据安全的考虑，本系统采用C/S结构实现对监测数据的处理和展示。关键词:电力电缆载流量;光纤光栅温度传感器;热路模型;交联聚乙烯XLPE;绝缘特性冬Abstraethireeentyears，withtheraPiddevelopmentofournation，seeonomy，theeity，sexPanding，thedemandforPowereleetrieity15inereasing，andtherequirementsofthereli

8、abilityofPowersuPPlyarealsoinereasing.CouPledwiththelevelofeityPlanninginChinaeoniimiestoimProve，majoreitieshavebeenworkingtoimProvetherateoftheeity，5unde乓犷oundPowereables，thiswillnotonlyredueethevertiealandhorizonialerossedandsP