【摘 要】
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高压电缆作为电力输送的重要载体,其稳定的运行状态有利于保障供电质量和提高输电线路的安全性和可靠性。现存的高压电缆通常已经运行数十年以上,由于自身质量不佳、外力破坏、绝缘击穿等问题导致高压电缆及中间接头部位事故频发。泄漏电流增大导致高压电缆导体的损耗增大,额外产生的热量积聚在故障电缆内部使得温度升高,最终引发爆炸事故。目前,高压电缆温度监测与状态评估的主要难点在于:（1）高压电缆温度监测主要采用热红
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“面向高压电缆温度监测的混沌布里渊光时域分析传感技术（62075153）”; 山西省重点研发计划项目（高新领域）“面向矿井电缆智能化的混沌分布式光纤传感技术（201803D121064）”; 山西省专利推广实施资助专项“智能电网高性能分布式光纤监测技术及应用（20200734）”
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高压电缆作为电力输送的重要载体,其稳定的运行状态有利于保障供电质量和提高输电线路的安全性和可靠性。现存的高压电缆通常已经运行数十年以上,由于自身质量不佳、外力破坏、绝缘击穿等问题导致高压电缆及中间接头部位事故频发。泄漏电流增大导致高压电缆导体的损耗增大,额外产生的热量积聚在故障电缆内部使得温度升高,最终引发爆炸事故。目前,高压电缆温度监测与状态评估的主要难点在于:（1）高压电缆温度监测主要采用热红外成像技术、点式温度传感技术和光纤传感技术,通常只对线路中容易出现问题的部位进行重点监测,而高压电缆发生故障的位置具有随机性,因此上述方法不能实现高精度的分布式测温;（2）现有监测方法只能实现对高压电缆表皮的温度监测,难以直接通过导体温度评估电缆及中间接头的运行状态。为了更准确的监测高压电缆温度,为其运行状态评估提供支撑,本论文将围绕着高压电缆及中间接头的温度特性分析和状态评估问题,开展分布式光纤拉曼温度监测实验研究。具体研究工作开展如下:（1）利用拉曼分布式光纤传感技术并结合电磁-热耦合温度分析法,实现高压电缆导体温度的非入侵式监测。首先通过有限元分析软件COMSOL搭建仿真模型,求解电磁场和传热场双向耦合时的温度分布,进而分析环境温度及负荷电流对高压电缆温度分布的影响;在获取高压电缆表皮与导体之间相对温度变化规律的基础上,推导高压电缆导体温度的计算式。利用自主研发的拉曼分布式光纤传感器（测温精度±1.00℃,温度分辨率0.50℃,空间分辨率1.0 m）对运城市盐中线电缆沟内长为100 m、电压等级为110 kV高压电缆的开展测温实验;实验测得高压电缆外表皮温度最高为24.29℃,对应的高压电缆导体温度的绝对误差为2℃。（2）针对高压电缆中间接头温度异常的问题,开展压接缺陷状态评估研究。首先通过有限元分析方法求解高压电缆中间接头连接处的等效热损耗,分析接头在理想状态和等效状态时的温度变化规律;引入接触系数k表征压接缺陷状态,研究表明当接触系数k＞2.7时存在较大的接触电阻,导体温度达到安全工作温度90℃,此时存在压接缺陷安全隐患。利用Zigbee技术设计了高压电缆中间接头压接缺陷监测实验方案,基于LabVIEW开发上位机交互界面,实现了高压电缆中间接头的故障预警。
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