电缆接头偏心距离测量电路及方法

王爽 倪超 韦杰 秦逢泽

【摘 要】 本论文公开了一种基于电缆接头表面温度反推出电缆是否偏心并且求出偏心距离的方法，首先通过布置电缆接头一个截面处的测温点阵（本文测6个点），得到电缆接头表面的温度分布情况，进而通过6个表面温度反推出6个导体温度，计算其平均值来表征电缆导体温度，用6个导体温度与平均值的差值作为导体是否偏心的计量标准。又根据表面检测温度点的温度变化量来定量确定导体偏心的距离，最终可为电缆接头的运行状况估计提供参考。

【关键词】 电缆偏心 温度测量 导体偏心距离

一种基于电力电缆接头表面温度测量反推出电缆是否偏心的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，在电缆接头的一个横截面边界取6个测温点。各点温度用表示，其中表示所取的测温点编号，其中；

步骤二，通过电缆分布式热容的暂态热路模型法分别计算出6个测温点所对应的6个导体温度，将6个导体温度取平均值作为电缆不发生偏心时导体的温度；

①通过暂态热路模型法计算出6个检测温度所对应的导体温度，其中；

②算出6个导体温度平均值作为电缆不发生偏心时导体的温度 ，其中

步骤三，将6个导体温度减去得到6个差值

步骤四，当电缆导体偏向一边时，那一边的温度便会增大，所以当时，说明电缆导体偏向这一边，当时，说明电缆导体偏离这一边。

步骤五，当导体偏向一边时，热阻会减小，而这一侧表面的温度变化会增大，所以可根据表面温度变化推出热阻的变化，再由与绝缘厚度的关系求得绝缘厚度的变化，从而确定偏心距离。

1 技术领域

本论文涉及一种对电力电缆接头偏心距离计算的电路以及提出了一种测量电缆电力电缆接头偏心距离的方法。

2 背景技术

交联聚乙烯电缆（简称交联电缆）具有优越的电气性能，良好的热、机械性能和敷设安装方便等一系列优点而得到广泛运用。据统计，全国已投入运行的110kV及以上的高压电缆线路已经超过8000 公里，最高电压等级已达500kV。现代社会主要的电缆接头事故率占电缆事故的90%。电缆接头已成为供电电缆网安全运行中的薄弱环节之一。引起电缆接头事故最主要的原因是由于电缆接头偏心导致温度过高而烧穿。工艺上原因为连接体内导体不等径，接头的接触面过小，导致垫片与接头的接触面偏小而造成接头接触面上紧力不足，也导致接头压力不足，接头的长期运行造成的过热，烧穿绝缘等现象容易引发火灾。因此，有效地对电缆接头偏心检测进行监测将对电网的安全运行有重要意义。

3 具体实施方式

3.1 通过电缆接头表面温度反推出电缆导体温度

先建立电缆接头暂态热路简化模型，如图1。

为计入介质损耗及护套损耗后的等效电缆导体电阻产生的热流；为导体的热容；为以绝缘层为主的电缆导体到温度检测点之间各层热容的总和；为以护套层为主的温度检测点到外界环境之间的热容；为绝缘层为主的导体到温度检测点之间的热阻；为护套层为主的检测点到外界环境之间的热阻；是导体的温度；是检测点的温度值；是环境的温度值。采用叠加原理求解电缆接头暂态过程的温升，由于实际环境温度的变化幅度有限、变化速度也比较缓慢，其引起的暂态温升可以用稳态值来取代，即近似认为：（1）式中分别为电缆电流单独作用时导体暂态温升和温度检测点的暂态温升。

将连续变化的电缆电流近似为阶跃变化，则两次阶跃之间（令起始刻为，终止时刻为）电缆接头的暂态温升可以采用如图2 所示的运算电路来求解。

由拉普拉斯变换和反变换可知，电缆接头温度场分布在稳态和暂态过渡过程都满足以下关系：（2）式中，所以最终可以得到电缆导体的温度计算公式为： （3）

3.2 定量计算导体的偏心距离

由公式（3）可知检测点温度与（绝缘层为主的导体到温度检测点之间的热阻）成反比关系，即当导体偏向一边时，这一边的导体到表面检测点的距离减小，所以减小，而这一侧的表面温度变化会增大，即增大。

所以当其他量不变时，将表面温度变化代入公式（3）可以求出热阻的变化量，所以可得变化后的热阻为（为导体未偏心时的热阻），又根据热阻与导体和金属套之间的绝缘厚度的关系（4）（由参考文献得）可以求得绝缘厚度的变化量，即导体向这一侧偏心了多少距离。所以算出导体的偏心距离为：