埋地电力电缆发热机理与温升监测系统研究

发布时间：2017-06-29 18:14

  本文关键词：埋地电力电缆发热机理与温升监测系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：如何使城市中的电力电缆,在不大量增加数量的前提下,提高整体输电能力,不只是城市规划的重要任务,也是整个电力系统的研究与急需解决的重要议题。在没有外力破坏的情况下,电力电缆的运行寿命很大程度上取决于电缆日常运行时的温度。过高负荷运行的电力电缆,处于较高的温度下,不只对其运行寿命有损伤,严重时更会出现爆炸等极端事故。论文从研究埋地电力电缆运行时,多种因素对其产热与散热两方面影响的基础上,研究了导致埋地电力电缆发热的机理,并在研究的机理基础上,设计了一款埋地电力电缆温升监测系统。首先,本文研究了关于计算电力电缆温度与载流量的标准IEC60287。其关于电缆的导体损耗、绝缘介质损耗、金属护套损耗与铠装损耗的计算方法适用于本文对于电缆发热的研究:上述电缆损耗可以作为电缆发热的内部热源。通过一则算例,给出了针对某种型号电缆各种损耗的计算过程。其次,针对工程中较常见的两种埋地电缆的敷设方式:土壤直埋与排管敷设进行了有限元仿真建模。仿真中模型上施加的载荷为电缆的导体损耗、绝缘介质损耗、金属护套损耗与铠装损耗,对几种影响电缆产热与散热的因素:电缆间距、电缆电流、埋地深度、土壤传热系数与空气温度分别进行了分析,得到了各因素的作用机理。将BP神经网络应用于电力电缆温度的预测,经过随机样本的训练与测试,神经网络的温度预测结果较好。最后,搭建了埋地电力电缆温升监测系统。采用了上海某公司的分布式光纤传感测温分析仪,利用分布式光纤温度传感器对电缆的温度进行测量并处理。埋地电缆温升监测系统区别于以往的电缆温度在线监测系统,除了常规的电缆温度的实时采集与显示、历史趋势显示等基本功能之外,附加了可以通过电缆电流值与当前空气温度值对电缆温度进行预测功能,报警短信提示功能。预测功能是基于对电缆温度场仿真数据分析基础上,运用BP神经网络对未知温度预测功能实现的。软件部分采用力控组态软件进行搭建,并采用OPC通讯方式,使组态软件力控与数据分析软件MATLAB进行实时通讯,将神经网络对电缆温度的预测功能嵌入到了组态界面中。
【关键词】：埋地电力电缆 有限元分析法 发热机理 监测系统
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM75
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 电缆导体温度计算11-12
• 1.2.2 电缆敷设周围土壤参数变化12
• 1.2.3 BP神经网络温度预测12
• 1.2.4 电缆温度检测技术12-13
• 1.3 论文主要研究内容13-14
• 2 电缆损耗与温度场计算14-25
• 2.1 电缆的损耗计算14-19
• 2.1.1 电缆导体损耗14-15
• 2.1.2 电缆绝缘介质损耗15-16
• 2.1.3 金属护套损耗16-19
• 2.1.4 铠装损耗19
• 2.2 电缆温度场有限元原理19-20
• 2.2.1 热传导19-20
• 2.2.2 热辐射20
• 2.2.3 热对流20
• 2.3 电缆温度场边界条件20-21
• 2.4 电缆温度场导热微分方程21-22
• 2.5 IEC60287电缆损耗算例22-24
• 2.5.1 线芯导体损耗22-23
• 2.5.2 电缆绝缘介质损耗23
• 2.5.3 金属护套损耗23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 3 电缆发热机理研究25-51
• 3.1 电缆稳态温度场分析25-36
• 3.1.1 电力电缆有限元模型建立25-27
• 3.1.2 确定热源27
• 3.1.3 土壤直埋电缆仿真分析27-35
• 3.1.4 排管敷设电缆仿真分析35-36
• 3.2 BP神经网络温度预测36-40
• 3.2.1 有限元仿真数据处理36-37
• 3.2.2 BP神经网络概述37-38
• 3.2.3 BP神经网络预测38-40
• 3.3 电缆暂态温度场分析40-44
• 3.3.1 多回路排缆有限元模型40-41
• 3.3.2 确定热源41-42
• 3.3.3 应急性负荷下电缆温度分析42-43
• 3.3.4 周期性负荷下电缆温度分析43-44
• 3.4 电缆中间接头电阻研究44-50
• 3.4.1 电缆中间接头结构45-46
• 3.4.2 接触电阻46-47
• 3.4.3 电阻与温度47
• 3.4.4 电接触处应力分析47-50
• 3.4.5 电阻比较50
• 3.5 本章小结50-51
• 4 埋地电缆温升监测系统研究51-68
• 4.1 电缆温升监测系统系统软件开发工具52-53
• 4.2 OPC服务配置53-58
• 4.2.1 力控配置OPC53-57
• 4.2.2 MATLAB配置OPC57-58
• 4.3 MATLAB进行OPC数据读写58-59
• 4.3.1 MATLAB获取实时数据58-59
• 4.3.2 MATLAB写入力控数据59
• 4.4 软件界面设计59-67
• 4.4.1 登录界面60-62
• 4.4.2 首页62
• 4.4.4 运行曲线62-64
• 4.4.5 报警与短信通知64-67
• 4.4.6 事件记录67
• 4.5 本章小结67-68
• 5 总结与展望68-70
• 5.1 总结68
• 5.2 前景展望68-70
• 参考文献70-73
• 附录73-75
• 致谢75-76
• 攻读学位期间取得的研究成果76

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