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电缆故障检测中温度传感的研究

作　者: 周健健
导　师: 徐宁
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学
关键词: 电缆故障温度监测光纤传感温度场分布式
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

电缆是电力系统中主要的输电工具，随着对电能的需求越来越高，电缆所承受的负载压力也越来越大。电缆高负荷的运载以及电缆的老化等引发的火灾事故，严重影响了人们的正常生活，甚至还威胁到人们的生命和财产安全，电力电缆线路是否能运行安全与人们的生活息息相关。人们迫切需要能有一套好的在线实时测温系统，实时监测电缆内部温度的变化，及早防患，把危害降到最低。本文提出一种利用光纤复合低压电缆中的光纤进行在线温度监测方法，仿真结果发现用ROTDR监测电缆故障最适合的位置是在外护套和导体绝缘层之间，该处的温度在电缆发生故障情况下5秒内升高了32℃，比电缆中心位置处高了7℃。电缆内填充物的传热系数对电缆温场的影响进行了分析，通过实验数据提出了电缆内更适合采取什么样传热系数的填充物，并分析了不同条件不同传热系数的填充物下，光纤该如何放置测温效果更好。论文的主要内容如下:（1）对国内外电缆故障的监测现状进行调研，介绍了几种通用的电缆故障在线检测方法，并且比较了这几种方法的利弊，提出可以用分布式光纤来对光纤复合低压电缆进行测温。（2）根据之前对国内外光纤测温技术的调研，对现在国内外采用的光纤测温方法的原理进行了阐述，并分析比较了这几种光纤测温技术的优缺点。（3）介绍了传统的电缆温度场计算的传热学基础理论，电力电缆的结构，以及电缆中的基本热路计算原理。（4）介绍了本文研究的OPLC电缆的模拟参数，运用comsol软件对其运行状态进行模拟分析。模拟给出了电缆稳定工作时内外层的温度关系；电缆在发生故障时内护套层温度升高较为明显，而外护套层温度无明显变化。若用ROTDR监测电缆故障最适合的位置在外护套和导体绝缘层之间，该位置处的温度比电缆中心处的温度升高要快，在电缆发生短路故障5秒时温度升高了32℃而电缆中心处温度升高只有25℃；对不同导热系数下的填充物对电缆内部温度场的影响做了一个分析，通过分析我们发现在条件允许的情况下电缆内部的填充物传热系数还是越大越好。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 引言  8-9
  1.2 电缆的故障检测常用方法  9-12
    1.2.1 烟雾传感器  9
    1.2.2 感温电缆  9-10
    1.2.3 热电偶  10
    1.2.4 红外检测  10-11
    1.2.5 分布式光纤测温  11-12
  1.3 论文的主要工作和创新点  12-14
第二章分布式光纤温度传感的理论  14-28
  2.1 光纤中的散射  14-15
  2.2 瑞利散射型光纤测温传感器  15-17
  2.3 拉曼散射原理的光纤测温传感器原理  17-22
    2.3.1 Anti-Stokes 拉曼背向散射解调方法  19-20
    2.3.2 Stokes 拉曼背向散射解调方法  20-21
    2.3.3 Anti-Stokes 拉曼与Stokes 拉曼背向散射比的解调方法  21
    2.3.4 Anti-Stokes 拉曼与瑞利背向散射比的解调方法  21-22
  2.4 布里渊散射  22-27
    2.4.1 光纤中布里渊频移的影响因素  24-25
    2.4.2 光纤中布里渊频移与温度的关系  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章电缆温度场分布及实时温度计算方法  28-41
  3.1 电缆温度场的的传热学分析  28-35
    3.1.1 热传递  28-31
    3.1.2 热阻  31-32
    3.1.3 热扩散方程  32-35
  3.2 电力电缆结构分析及参数计算  35-40
    3.2.1 电阻发热  35-36
    3.2.2 介质发热  36
    3.2.3 金属套同屏蔽层发热  36-37
    3.2.4 铠装发热  37
    3.2.5 电缆发热的等值热路  37-39
    3.2.6 电缆额定载流量的计算  39-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章 OPLC 低压复合电缆的温度状态分析  41-60
  4.1 引言  41-42
  4.2 电缆的主要分析参数  42-43
    4.2.1 OPLC 电缆的结构  42-43
    4.2.2 电缆组成材料的热阻系数  43
    4.2.3 电缆常用材料的密度和热容系数  43
  4.3 软件仿真参数  43-44
  4.4 电缆正常工作时温度场的分析  44-46
    4.4.1 整个电缆的温度场  44-45
    4.4.2 电缆内外层温度分析  45-46
  4.5 电缆故障升温时的温度场分析  46-54
    4.5.1 整个电缆的温度场  46-48
    4.5.2 电缆各处的温度分析  48-53
    4.5.3 电缆内部光纤位置的放置  53-54
  4.6 不同填充物下电缆的温度场分析  54-59
  4.7 本章小结  59-60
第五章结束语  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
硕士研究生期间发表论文情况  65

电缆故障检测中温度传感的研究

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