地下电力电缆载流量在线预测方法

摘要

本发明涉及一种基于环境因子监测和有限元的地下电力电缆载流量在线预测系统及其方法。本发明所述系统由用于测量空气温度的温度传感器、风速传感器、湿度传感器、单片机系统、电力部门的调度主机组成；本发明所述方法是将实时测量的温度、风速、湿度等数据与有限元温度场计算相结合来预测地下电力电缆的载流量。本发明的有益效果是能够较准确的在线预测地下电力电缆的载流量，电力部门据此能够最大限度发挥其输送电能的能力，并且能够在保证安全可靠运行的前提下，不会出现大马拉小车的资源浪费现象。

主权项

一种地下电力电缆载流量在线预测方法，其特征在于：(一)首先搭建地下电力电缆载流量在线预测系统：所述地下电力电缆载流量在线预测系统由用于测量空气温度的温度传感器(1)、风速传感器(2)、湿度传感器(3)、单片机系统(4)、电力部门的调度主机(6)组成；所述温度传感器(1)、风速传感器(2)、湿度传感器(3)的输出端分别接所述单片机系统的相应输入端，所述单片机系统通过GSM网络(5)与所述调度主机(6)相连接；所述温度传感器(1)和风速传感器(2)安装在所述电力电缆的正上方，所述湿度传感器(3)安装在所述电力电缆沿线的土壤中；(二)所述地下电力电缆载流量在线预测方法的具体步骤如下：(1)建模：a.土壤直埋式电缆：电力电缆距地面1m，电力电缆两侧边界距电缆10m，计算中，所述两侧边界法向方向热流变化率为0，即土壤温度不再变化；电力电缆下面至土壤深层边界距电缆10m，取土壤深层边界温度不变，且温度值为土壤深层温度即383K；b.排管式电缆：排管顶部距地面1m，电力电缆敷设于排管内，排管两侧边界距排管10m，计算中，所述两侧边界法向方向热流变化率为0，即土壤温度不再变化；排管下面至土壤深层边界距排管10m，取土壤深层边界温度不变，且温度值为土壤深层温度即383K；c.沟槽式电缆：沟槽深距地面1m，电力电缆敷设于沟槽内，室内沟槽顶部常敷设铁板，室外沟槽顶部常敷设水泥板，模型两侧边界距沟槽10m，计算中，所述两侧边界法向方向热流变化率为0，即土壤温度不再变化；沟槽下面至土壤深层边界距沟槽10m，取土壤深层边界温度不变，且温度值为土壤深层温度即383K；(2)剖分：将电力电缆及其周围土壤剖分为小的单元；在直埋式、排管式和沟槽式三种方式下，采用三角形或四边形单元将整个模型剖分为小的单元；(3)读取实时测量的下述数据：空气温度Tair、地表风速vair、土壤相对湿度rh；并计算地表空气对流换热系数α和土壤的导热系数λ；a.利用下述公式(1)计算地表空气对流换热系数α：α＝7.371+6.43vair0.75(1)式中，α为地表空气对流换热系数，单位W/(m2·K)；vair为风速传感器实时测量的地表风速，单位m/s；b.利用公式(2)计算土壤导热系数λ： λ = ( 11.33 log rh - 3.4 ) 10 0.649 ρ d - 2 - - - ( 2 ) 式中，λ为土壤导热系数，单位W/(m·K)；ρd为土壤密实度，单位kg/m3；rh为湿度传感器实时测量的土壤相对湿度；(4)首先，选取初始电流I1，单位A；(5)调用有限元温度场计算程序，计算电流I1下的电力电缆绝缘层最高温度T1，单位K；(6)当T1小于电力电缆绝缘层长期工作绝缘层耐受温度Tin时，且Tin‑T1＞0.3K，则取I2＝2I1，转至第(7)步；当T1大于Tin时，且T1‑Tin＞0.3K，则取I2＝0.5I1，转至第(7)步；当|T1‑Tin|≤0.5K时，I1即为所求电力电缆载流量，退出；(7)调用有限元温度场计算程序，计算电流I2下的电力电缆绝缘层最高温度T2；(8)当|T2‑Tin|＞0.3K时，转至第(9)步；当|T2‑Tin|≤0.3K时，I2即为所求电力电缆载流量，退出；(9)取I＝I2+(I2‑I1)·(Tin‑T2)/(T2‑T1)，调用有限元温度场计算程序，计算电流I下的电力电缆绝缘层最高温度T；(10)当|T‑Tin|＞0.3K时，取I1＝I2，I2＝I，T1＝T2，T2＝T，转至上述第(9)步；当|T‑Tin|≤0.3K时，I即为所求电力电缆载流量，退出。