行业动态
上海电科院：电缆温度监测新技术
2024-04-03
电缆的缆芯温度是影响电缆载流量的关键因素。上海电科院傅晨钊劳模创新工作室提出了电缆群缆芯温升快速计算和载流量实时评估技术，为负荷动态分配调控提供数据支撑，助力城市电缆输电通道资源优化配置。
缆芯温度实时计算 电缆输送能力动态提升
团队成员在电缆隧道中查看电缆布置方式。
上海电科院供图
3月12日，在上海220千伏诸光变电站内，运行人员利用电缆群缆芯温升快速计算和载流量实时评估系统查看了电缆群运行情况。该系统显示电缆群缆芯温度正常，运行情况良好。
缆芯温度关系电缆绝缘安全和使用寿命，是影响电缆载流量的关键因素。国网上海市电力公司电力科学研究院傅晨钊劳模创新工作室提出了电缆群缆芯温升快速计算和载流量实时评估技术，实现了缆芯温升和载流能力的可观可算，为负荷动态分配调控提供数据支撑，提升了城市电缆输电通道资源优化配置能力和安全可靠性。
2014年，上海市杨行220千伏分区电网对外联络线中的闸蕴2205、2268线路为电缆线路。随着区域用电负荷的增长，线路按原载流量限值运行易过载。分区内的闸北电厂必须长期开机以压降该断面输送潮流，这样降低了电网运行的经济性。能否对该输电通道动态增容，挖掘在运电缆输送潜力，成为摆在运行人员面前的一道难题。
为此，上海电科院组织傅晨钊劳模创新工作室对该区域电缆线路开展全线分析和载流量计算，发现输电瓶颈涉及10回35千伏电缆和1回110千伏电缆。团队针对该电缆段建立了一套准动态增容系统，根据通道环境温度、线路历史负荷提前评估电缆载流能力，在夏季用电高峰时段实现电缆实际运行最大负荷比原限额增容28%。
正是在这次实践中，团队成员发现了一项亟待解决的技术难题。“在分析闸蕴2268线路载流量时，我们发现邻近电缆负荷、土壤热阻系数、深层土壤温度等因素都对地埋电缆的载流量有明显影响，其中邻近电缆负荷的影响是最大的。”团队专家李红雷博士介绍，“考虑邻近电缆间的相互影响，则需要以电缆群为研究对象。”
“当时国内外仅有几个针对单根电缆动态增容的案例，而我们面对的是电缆群的动态增容。要实现负荷的灵活调控，必须快速计算出实时负荷下整个断面电缆群的缆芯温升，也就是缆芯高出环境的温度，然后基于温度、时间和载流量三者的协同约束关系，实时评估电缆线路输送能力。”团队负责人傅晨钊博士说。
城市电网中，同一断面可能有十几根电缆，电缆间电磁耦合和热作用强烈，再加上电缆实际敷设方式多样、外部环境复杂，其传热过程中可能同时存在热传导、辐射、对流三类边界条件。团队深入挖掘电缆群传热规律，提出稳态工况下表征断面电缆群传热特性的转移矩阵方法和统一的暂态热路模型，实现了电场和热场耦合下电缆群温升的快速计算，以及对热扩散过程中传热介质时变特性的准确模拟。
以往国内外电缆动态增容案例中，电缆表皮上或通道中都加装了测温装置，并建立了专业工作站，成本较高且动态增容计算模型运行维护困难。若要开展紧急转供或检修，则需要一套实时的载流量评估系统来确定电缆短期允许运行的最大负荷，而当时市面上的载流量计算商业软件均无法做到。
2016年1月，团队决定研发一套更加便捷有效的载流量实时评估系统。经过技术验证、系统研制、现场应用以及优化迭代，2019年，团队研发的电缆群缆芯温升快速计算和载流量实时评估系统正式上线。应用这套系统，运行人员可快速完成电缆线路全线载流量分析，量化评估电缆间的传热影响，为线路负荷的快速评估和灵活调控提供决策依据。同时，实时计算缆芯温度也可避免温升过高带来的绝缘问题。
该系统在上海电网多条电缆线路上应用，使相关电缆线路稳态和暂态载流量较设计值分别提升20%～30%、30～50%。
“国外载流量计算商业软件计算稳态和暂态温升分别需要3分钟和10分钟以上，且仅能用于典型工况的计算。”团队成员司文荣博士介绍，“而我们这套系统在同样条件下计算时长分别小于30秒和70秒，且不需要复杂的建模过程和工作站等硬件资源，相关人员利用普通计算机即可完成计算。”
2023年1月12日，在中国电力企业联合会组织召开的成果鉴定会上，对于团队申报的“城市电网电缆群传热计算、载流量实时评估关键技术及应用”项目，鉴定委员会认为：“项目针对城市电网电缆化率不断提高、亟须快速准确掌握电缆运行状态的技术难题，取得了理论研究、系统研发、工程应用系列成果，综合技术水平国际领先。”
如今，该系统已在上海、太原、西安等多个城市电网中应用。项目核心技术成果入选国家电网有限公司新技术推广目录及上海市高新技术成果转化项目，在挖掘电缆群输送潜力、设备精益化管理和安全管控中发挥了重要作用。
在项目研发过程中，团队培养了公司青年托举人才1人、上海市青年科技启明星1人，获得国家发明专利授权21项，发表SCI、EI检索等论文33篇，出版学术专著3部。项目成果获得了公司2023年度技术发明奖二等奖、中国电机工程学会2023年度电力科学技术进步奖三等奖等奖项。
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