电力电缆接头温度分布规律及其在线监测系统的研究

摘要

电缆中间接头是连接两根电缆的重要部件，也是电力线路中最薄弱的环节。电缆中间接头在制造或者安装的过程中可能存在接触电阻或者产生缺陷，导致局部温度上升。除此之外在实际运行中载流量过高也会使接头温度升高，加速绝缘老化，缩短电缆接头使用寿命，这对电力的稳定运输造成威胁。因此对电缆接头的温度进行在线监测具有很强的现实意义。　　本文首先阐述了常用电缆和电缆接头的结构、故障以及发热机制，为电缆中间接头温度场数值计算提供了理论依据。搭建了35kV冷缩型电缆中间接头测温实验平台。使用红外成像仪多角度测量了电缆中间接头的外表面温度，分析对比了不同电流下中间接头的外表面温度分布规律，从而得到了最佳的测温点。同时将温度传感器安装到接头导体连接处和电缆本体导体处，实时测量了不同电流下的导体温度。根据所测的外表面和导体温度数据，采用BP神经网络实现了外表面温度值对导体温度的预测。　　然后建立了理想状态下、存在接触电阻、内部存在缺陷的电缆中间接头几何模型，利用ANSYS软件进行温度场仿真与载流量计算。结果表明，随着接触电阻的增大，接头线芯温度逐渐升高，使得接头线芯和外表面轴向温度自中心位置向两边逐渐降低。当电缆中间接头中存在气隙、水珠、导电颗粒缺陷时，接头温度分布发生变化；气隙的尺寸越大，对局部温度的影响越大。通过有限元仿真数据与实验数据进行对比分析，研究了导体温度、外表面温度与载流量的关系。为35kV电缆中间接头温度在线监测传感器布点和各点温度预警值提供理论支持。　　结合实验和仿真结论，给出了电缆接头温度在线监测系统的设计方案，将温度传感器以“点阵”的形式排列放置在电缆中间接头，以Z-stack协议栈为基础，构建了ZigBee无线通信网络；通过GPRS实现了温度数据的远距离传输；设计了上位机界面，可以实时显示测温点温度、绘制曲线、预警等功能。该系统能够及时确定电缆接头局部的过热，发现接头的安全隐患，且具有可移植性强、成本低的优点。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文选题的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容

2 电力电缆与电缆接头

2.1 电力电缆的结构与分类

2.2 电缆接头

2.2.1 结构及分类

2.2.2 电缆接头故障类型分类

2.3 电力电缆的发热原理

2.4 本章小结

3 测温实验平台的搭建与实验

3.1 测温方式的可行性实验

3.2电缆中间接头的安装

3.3 测温实验平台搭建

3.4实验结果与分析

3.5 BP神经网络预测电缆及其接头导体温度

3.6本章小结

4 电缆中间接头的建模与仿真分析

4.1 电缆接头的建模与仿真

4.1.1 电缆中间接头建模与参数设置

4.1.2 网格剖分

4.1.3 施加载荷和边界条件

4.2 理想状态的中间接头温度分布

4.3 接触电阻对接头温度分布的影响

4.4 环境温度对接头温度分布的影响

4.5实验与仿真数据对比

4.6 缺陷对接头温度分布的影响

4.7本章小结

5 温度在线监测系统的设计

5.1系统总体构架

5.2硬件设计

5.2.1监测系统硬件框架

5.2.2 无线通信模块

5.2.3主控制电路模块

5.2.4 GPRS模块

5.3软件设计

5.3.1 ZigBee无线网络软件设计

5.3.2 主控制模块与GPRS模块程序设计

5.3.3 人机交互

5.4实验与分析

5.5本章小结

6 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 前景展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果