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220kV电缆隧道中导体温度监测与载流量计算

作　者: 刘蒙
导　师: 杜伯学
学　校: 天津大学
专　业: 高电压与绝缘技术
关键词: 隧道 XLPE电缆表面温度导体温度载流量GPRS
分类号: TM247
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

交联聚乙烯(XLPE)电缆以其质量轻、安装敷设容易、电气与耐热性能良好以及传输容量大、运行维护方便等优点,被广泛应用于城市电网中,并且电压等级不断升高。为了保证供电安全,对XLPE电缆的运行状态进行监测变得越来越重要。高压电缆在长期运行中,不允许导体温度超过额定值,否则将引起电缆损耗增大、热老化加快、使用寿命缩短,甚至热击穿。通过实时监测导体温度,可以指导调度及时调整负荷,避免电缆过热。另一方面随着城市规模扩大与经济发展,现有输电容量难以满足不断增长的负荷需求,而敷设新的线路投资大、不经济,因此根据电缆周围环境的变化计算电缆的最大承载电流能力即载流量,以最大程度地增加输送功率、提高现有电缆利用率变得十分重要。本文根据电缆的等效热网络模型提出了一种计算隧道电缆导体温度与载流量的迭代方法,具体分析了隧道敷设下电缆的热环境,并且重点设计了一套隧道电缆导体温度监测与载流量计算系统。该系统通过远程监测电缆表面温度、负荷电流,结合电缆的结构参数以及隧道敷设环境,计算电缆实时导体温度和载流量。导体温度监测与载流量计算系统主要有单片机兼无线收发器nRF9E5和数字温度传感器DS18B20组成的采集系统、nRF9E5和GPRS模块构成的远程数据传输系统以及上位机软件三部分组成。通过对隧道中现场运行的220kV电缆试验证明,该系统能够准确、可靠地监测隧道中电缆的表面温度及周围环境温度,并实时计算导体温度与电缆载流量。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 课题研究背景和意义  7-8
  1.2 交联聚乙烯电缆简介  8-10
    1.2.1 电力电缆的分类  8-9
    1.2.2 交联聚乙烯电缆的发展  9-10
  1.3 电力电缆的在线检测技术  10-11
  1.4 电缆导体温度及载流量计算的研究现状  11-14
  1.5 本文的工作及研究内容  14-15
第二章电缆导体温度与载流量计算  15-30
  2.1 XLPE 电缆结构  15-17
  2.2 电缆的敷设方式  17-18
  2.3 稳态载流量计算原理  18-24
    2.3.1 导体线芯焦耳损耗  19-20
    2.3.2 绝缘介质损耗  20-21
    2.3.3 金属护套损耗  21-22
    2.3.4 电缆的热阻计算  22-23
    2.3.5 稳态载流量计算流程  23-24
  2.4 导体线芯的暂态温升  24-27
  2.5 隧道电缆与周围环境的散热方式  27-29
  2.6 小结  29-30
第三章电缆导体温度监测与载流量计算系统  30-46
  3.1 系统硬件简介  31-37
    3.1.1 nRF9E5 芯片  31-34
    3.1.2 温度传感器DS18B20  34-35
    3.1.3 GPRS 模块  35-37
  3.2 温度采集系统设计  37-40
  3.3 数据传输系统设计  40-41
    3.3.1 主站nRF9E5 程序设计  40-41
    3.3.2 子站程序的设计  41
  3.4 上位机程序设计  41-45
    3.4.1 VB 与GPRS 接口  42-43
    3.4.2 电缆结构数据输入界面  43-44
    3.4.3 监测系统的数据库设计  44-45
  3.5 小结  45-46
第四章隧道电缆温度监测实验与载流量计算  46-55
  4.1 温度传感器的放置  47
  4.2 试验数据与分析  47-53
    4.2.1 DS18B20 与光纤测温的对比  48
    4.2.2 同一回路三相电缆温度对比  48-49
    4.2.3 环境温度与负荷监测数据分析  49
    4.2.4 电缆表面温度分布  49-50
    4.2.5 导体温度与载流量计算  50-52
    4.2.6 隧道空气温度分布  52
    4.2.7 电缆隧道墙壁温度分布  52-53
    4.2.8 隧道内热平衡计算  53
  4.3 小结  53-55
第五章结论与展望  55-57
  5.1 工作总结  55
  5.2 展望  55-57
参考文献  57-60
发表论文和参加科研情况说明  60-61
致谢  61

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