配电电缆接头测温及自取能方法、系统、设备及介质与流程

本发明属于配电电缆接头，具体涉及配电电缆接头测温及自取能方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、随着城市电网改造升级，电力电缆在城市配网系统中得到广泛应用，对电缆线路的安全运行提出了更高要求。电缆接头作为配电电缆的重要附件，在运行过程中容易由于电缆本体或环境温度升高导致接头绝缘老化加速，严重时引发火灾事故。对于城市配电网中电缆沟敷设的电缆接头，由于运行环境特殊性，人工巡检接头温度耗时耗力，且难以做到实时监测。温度在线监测是最直观判断电缆火灾故障的方式，通过对电缆中间接头温度的实时监测，可以在故障发生之前发出预警，及时开展故障源清除或者更换新的电缆中间接头，从而避免更大损失的发生。电力电缆线路是国家电网中重要的组成部分，全国电力线176万公里。每300～500米有一个中间接头，则全国约有600万个中间接头。配电电缆沟运行环境相对封闭，并且无直接的供电电源，测温设备布置于接头处，电源供应和数据传输均存在较大困难。此外，为做到接头温度监测的准确性与经济性，需要重点考虑测温装置的合理布置以及能源供应问题。

2、目前电缆接头温度检测采用红外或者分布式测温的方式较多，但均存在严重的温漂或自身测量不准的问题，感知装置与电缆温度场间的耦合关系不确定，无法通过温度场分析提供测温设备布置的合理方案，其次在供能方面采用光纤直供或者锂电池供电的模式，对地下运行环境带来了较大的安全隐患，且整体成本较高。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供配电电缆接头测温及自取能方法、系统、设备及介质，以解决电缆接头温度监测取能的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供配电电缆接头测温及自取能方法，包括：

4、取能芯片从配电电缆进行取能向温度传感器供电；温度传感器对电缆接头进行测温感知，获取电缆接头原始温度数据；

5、将获取的电缆接头原始温度数据进行远程传输；

6、获取远程传输的电缆接头原始温度数据，计算能耗和温度场，并进行瞬态分析，获得分析结果；输出所述分析结果。

7、进一步地，所述取能芯片是具有聚磁效应的漏斗状结构磁芯，包括取能线圈和取能磁芯；取能线圈缠绕取能磁芯外侧半圈磁芯，取能磁芯连接三芯配电电缆。

8、进一步地，所述漏斗状结构磁芯包括半圆磁芯，以及连接在半圆磁芯两端的两个漏斗状磁芯端头；漏斗状磁芯端头包括大头端以及连接半圆磁芯的变截面端；大头端以及变截面端的截面均为矩形；两个大头端卡在三芯配电电缆的外周；取能线圈由0.1mm漆包线绕制而成，匝数为10000匝；在电压有效值7.9v，内阻1750ω，运行电流100a的情况下，取能功率小于或等于2mw。

9、进一步地，计算能耗的具体步骤包括：配电电缆绝缘层在交流电压作用下产生的能量损耗为：式中c表示单位长度的电缆电容值，为角频率，为交流频率；u0为施加在电缆上的相电压，v；tanδ为具体材料的介质损耗因数，δ为介质损耗角。

10、进一步地，计算温度场的具体步骤包括；电缆接头温度场的导热控制方程为：λx，λy和λz分别为电缆沿轴x，y，z方向的热导系数，c为电缆电容，λ为电缆的热导系数，qv为热增量，t＝f(x,y,t)，t代表温度值，k；t代表时间。

11、进一步地，所述进行瞬态分析的步骤，具体包括：根据毕奥-萨伐尔定律计算磁感应强度：μ0是真空磁导率，μ0＝4π×10-7，i是电流大小，dl是电流的微元长度，是电流源指向待求点的单位向量。

12、进一步地，所述并进行瞬态分析的步骤，还包括：计算法向磁感应强度：将每个时刻的三相电缆的外圆周上每1°为一点磁感应强度在x，y轴方向的数值导出为bx，by，同时导出该点的位移矢量在x，y轴方向的归一化数值为x,y；

13、所述分析结果包括：能耗、温度场、磁感应强度和法向磁感应强度。

14、第二方面，本发明提供配电电缆接头测温系统，包括：

15、前端模块，用于采用取能芯片从配电电缆进行取能向温度传感器供电；温度传感器对电缆接头进行测温感知，获取电缆接头原始温度数据；

16、传输模块，用于将获取的电缆接头原始温度数据进行远程传输；

17、后端模块，用于获取远程传输的电缆接头原始温度数据，计算能耗和温度场，并进行瞬态分析，获得分析结果；输出所述分析结果。

18、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现任意一项所述的配电电缆接头测温方法。

19、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现任意一项所述的配电电缆接头测温方法。

20、本发明至少具有以下有益效果：

21、1、本发明提供配电电缆接头测温及自取能方法，包括：取能芯片从配电电缆进行取能向温度传感器供电；温度传感器对电缆接头进行测温感知，获取电缆接头原始温度数据；将获取的电缆接头原始温度数据进行远程传输；获取远程传输的电缆接头原始温度数据，计算能耗和温度场，并进行瞬态分析，获得分析结果；输出所述分析结果。通过设计的测温监测系统，深度了解了电缆升温变量的耦合机理，基于温度场数值计算的有限元方法，结合相关传热学原理，对电缆中间接头进行电热耦合仿真，通过负载及边界条件设置，仿真模拟接头在实际敷设条件下的温度场分布情况，建立中间接头接触电阻的等效的精准模型，测温分析软件可以有效的将电缆温升故障特征识别出来，相比现有的技术在数据分析层面有了较大的精准性提升；

22、2、本发明提供配电电缆接头测温及自取能装置，包括：前端模块，用于采用取能芯片从配电电缆进行取能向温度传感器供电；温度传感器对电缆接头进行测温感知，获取电缆接头原始温度数据；传输模块，用于将获取的电缆接头原始温度数据进行远程传输；后端模块，用于获取远程传输的电缆接头原始温度数据，计算能耗和温度场，并进行瞬态分析，获取分析结果；输出所述分析结果。通过对比并优化电缆不同关键参数对取能功率的影响，设计了与负载匹配的储能电容参数优化方法，提出宽流域高耐受电压的磁场能量采集及管理技术，使取能功率密度达到最大化，使其满足配电电缆测温传感器数据采集及传输的需求。

技术特征：

1.配电电缆接头测温及自取能方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的配电电缆接头测温及自取能方法，其特征在于，所述取能芯片具有聚磁效应的漏斗状结构磁芯(2)，包括取能线圈(1)和取能磁芯(2)；取能线圈(1)缠绕取能磁芯(2)外侧半圈磁芯(2)，取能磁芯(2)连接三芯配电电缆(3)。

3.根据权利要求2所述的配电电缆接头测温及自取能方法，其特征在于，所述漏斗状结构磁芯包括半圆磁芯(2)，以及连接在半圆磁芯(2)两端的两个漏斗状磁芯(2)端头；漏斗状磁芯(2)端头包括大头端以及连接半圆磁芯(2)的变截面端；大头端以及变截面端的截面均为矩形；两个大头端卡在三芯配电电缆(3)的外周；取能线圈(1)由0.1mm漆包线绕制而成，匝数为10000匝；在电压有效值7.9v，内阻1750ω，运行电流100a的情况下，取能功率小于或等于2mw。

4.根据权利要求1所述的配电电缆接头测温及自取能方法，其特征在于，计算能耗的具体步骤包括：配电电缆绝缘层在交流电压作用下产生的能量损耗为：式中c表示单位长度的电缆电容值，为角频率，为交流频率；u0为施加在电缆上的相电压，v；tanδ为具体材料的介质损耗因数，δ为介质损耗角。

5.根据权利要求1所述的配电电缆接头测温及自取能方法，其特征在于，计算温度场的具体步骤包括：电缆接头温度场的导热控制方程为：λx，λy和λz分别为电缆沿轴x，y，z方向的热导系数，t＝f(x,y,t)，t代表温度值，k；t代表时间，λ为电缆的热导系数，qv为热增量。

6.根据权利要求1所述的配电电缆接头测温及自取能方法，其特征在于，所述进行瞬态分析的步骤，具体包括：根据毕奥-萨伐尔定律计算磁感应强度：μ0是真空磁导率，η0＝4π×10-7，i是电流大小，dl是电流的微元长度，是电流源指向待求点的单位向量。

7.根据权利要求6所述的配电电缆接头测温及自取能方法，其特征在于，所述并进行瞬态分析的步骤，还包括：计算法向磁感应强度：将每个时刻的三相电缆的外圆周上每1°为一点磁感应强度在x，y轴方向的数值导出为bx，by，同时导出该点的位移矢量在x，y轴方向的归一化数值为x,y；

8.配电电缆接头测温及自取能系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现如权利要求1至7中任意一项所述的配电电缆接头测温及自取能方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的配电电缆接头测温及自取能方法。

技术总结
本发明属于配电电缆接头技术领域，具体涉及配电电缆接头测温及自取能方法、系统、设备及介质，包括：取能芯片从配电电缆进行取能向温度传感器供电；温度传感器对电缆接头进行测温感知，获取电缆接头原始温度数据；将获取的电缆接头原始温度数据进行远程传输；获取远程传输的电缆接头原始温度数据，计算能耗和温度场，并进行瞬态分析，获得分析结果；输出所述分析结果。通过测温监测系统，深度了解了电缆的耦合机理，基于温度场数值计算的有限元方法，结合传热学原理，对电缆中间接头进行电热耦合仿真，通过负载及边界条件设置，仿真模拟实际敷设条件下的温度场分布情况，建立等效精准模型，测温分析软件可以有效识别故障特征，提升了精准性。

技术研发人员：刘乐乐,纪斌,祝秀山,甘时霖,崔凤山,王点点,李兆鑫,朱佳,肖劲涛,姚佳琦,韩冬,刘丰艺,王云鹏
受保护的技术使用者：国网北京市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14