一. 線路概況
　　1、線路概況
　　本線路為110KV雙回路電纜，回路長(zhǎng)度2.17公里。羅溝線和清晉Ⅱ回兩回110KV電纜均沿同路徑敷設(shè)，電纜敷設(shè)方式主要是排管、工井、隧道三種方式，另有部分10KV電纜線路沿同路徑敷設(shè)，原設(shè)計(jì)載流量為420A。
　　本電纜線路的一端為溝頭變電站，另一端為羅溝線54#(清晉Ⅱ回21#)架空線鐵塔。從溝頭變至電纜排管有75m長(zhǎng)的隧道;在架空線的一端也有110米長(zhǎng)的隧道。線路的中間部分約1985米為排管和工井。線路全程共有電纜工井39個(gè)，其中接頭井4個(gè)。
　　電纜敷設(shè)情況：

電纜線路 名稱	電纜型號(hào)	電纜長(zhǎng)度(米)	電纜供貨商
羅溝線	YJLW03 64/110　 1*800	約2170	沈陽(yáng)古河電纜有限公司
清晉線Ⅱ回	YJQ03 64/110 1*800	約2170	鄭州電纜廠

　　2、光纖測(cè)溫及載流量分析系統(tǒng)
　　為保證上述110KV電纜系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，我們?cè)诹_溝線和清晉Ⅱ回兩路110KV電纜上安裝了“分布式光纖電纜溫度監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)載流量分析系統(tǒng)”。 2007年12月至2008年4月完成與溝頭變綜自系統(tǒng)接口軟件的開(kāi)發(fā)、調(diào)試，載流量分析軟件的安裝調(diào)試及載流量軟件計(jì)算結(jié)果的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。目前測(cè)溫系統(tǒng)的所有項(xiàng)目已安裝調(diào)試完畢，通過(guò)了驗(yàn)收并投入正式運(yùn)行。
　　本系統(tǒng)的測(cè)溫主機(jī)安裝在溝頭變，感溫光纜采用外敷設(shè)方式，按每相電纜布置一條光纜的方式敷設(shè)。感溫光纜為62.5/125μm多模光纖，光纜外護(hù)套為高性能的低煙無(wú)鹵素阻燃熱塑型材料，感溫光纜具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)特性、機(jī)械性能、防水性能及抗腐蝕特性。感溫光纜采用雙環(huán)形纏繞方式固定在電纜中間接頭處，保證測(cè)溫光纜與電纜中間接頭緊密接觸，雙環(huán)形纏繞光纜展開(kāi)長(zhǎng)度為5至10米。在電纜終端及每個(gè)工井處的感溫光纜上都掛設(shè)標(biāo)牌，標(biāo)識(shí)感溫光纜起止點(diǎn)變電站站名，感溫光纜距起點(diǎn)長(zhǎng)度等信息。
　　二、電纜技術(shù)參數(shù)

線路名稱		清晉線Ⅱ回	羅溝線
型號(hào)		YJQ03 64/110  1×800	YJLW03 64/110  1×800
導(dǎo)體	材料	銅	銅
	直徑, mm	35.2	35.2
	分割數(shù)	5	5
導(dǎo)體屏蔽厚度, mm		3．6	3．4
絕緣層	材料	XLPE	XLPE
	厚度, mm	16	16
絕緣屏蔽層 厚度, mm		2．5	6．0
金屬護(hù)套材料	材料	鉛	鋁
	厚度, mm	3．6	1．6
	波峰波谷厚度, mm	－	5．6
	內(nèi)切圓直徑, mm	－	86．0
	外切圓直徑, mm	86．6	97．2
外護(hù)層	材料	HDPE	HDPE
	厚度, mm	5	5

　　三.導(dǎo)體溫度監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)載流量計(jì)算依據(jù)
　　利用測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行載流量分析的基本原理及其模型：
　　電纜的載流量是由電纜導(dǎo)體的最高允許溫度決定的。而導(dǎo)體的溫升則由電纜各元件的發(fā)熱、散熱條件及周圍環(huán)境的狀態(tài)(土壤條件、空氣流動(dòng)狀況、環(huán)境溫度等等)決定。
　　電纜額定載流量的計(jì)算公式是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)于1982年制定的電纜額定載流量(100%負(fù)荷系統(tǒng))計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)IEC60287。在標(biāo)準(zhǔn)中，與電纜結(jié)構(gòu)材料有關(guān)的參數(shù)(例絕緣、護(hù)套材料的熱阻系數(shù)等)給出了代表性數(shù)值。由于環(huán)境條件取決于電纜敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的條件和狀況，其可能變化的范圍較大，所以在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)與環(huán)境條件有關(guān)的參數(shù)及制造廠與用戶之間需協(xié)商的參數(shù)等的取值未作規(guī)定。
　　在實(shí)際載流量計(jì)算中，難度在于各種不同敷設(shè)條件下的各參數(shù)的確定。下圖為在載流量計(jì)算時(shí)所用的熱學(xué)模型，以及根據(jù)此熱學(xué)模型所得出的計(jì)算公式：
　　根據(jù)本工程所采用的電纜：?jiǎn)涡倦娎|，n=1,
　　無(wú)金屬鎧裝層，T2=0，λ2=0
　　電纜的最高工作溫度為90℃
　　則：Δθ=90-Te Te：為環(huán)境溫度
　　公式可以進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化為：
　　I={[90-Te-Wd(0.5T1+T3+T4)]/[RT1+R(1+λ1 )(T3+T4)]｝0.5
　　(公式二)
　　四.載流量計(jì)算軟件的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證
　　4.1載流量計(jì)算軟件項(xiàng)目的驗(yàn)證包括以下三個(gè)方面
　　l 測(cè)量表面溫度結(jié)果的驗(yàn)證
　　l 計(jì)算導(dǎo)體溫度的驗(yàn)證
　　l 載流量計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證
　　4.2驗(yàn)證試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介
　　l 系統(tǒng)測(cè)溫結(jié)果的驗(yàn)證
　　系統(tǒng)測(cè)溫結(jié)果可直接用比對(duì)方法進(jìn)行驗(yàn)證。在電纜測(cè)溫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，用傳統(tǒng)的測(cè)溫方法在光纖敷設(shè)位置進(jìn)行溫度測(cè)量，與測(cè)溫系統(tǒng)所測(cè)相應(yīng)位置的溫度進(jìn)行比對(duì)。
　　l 導(dǎo)體計(jì)算溫度的驗(yàn)證
　　導(dǎo)體計(jì)算溫度驗(yàn)證的關(guān)鍵是所采用的計(jì)算方法是否適用，軟件編寫(xiě)有無(wú)問(wèn)題。由于在采用的計(jì)算方法中，不涉及外界因素的影響，因此在進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)只需在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行即可。
　　根據(jù)光纖測(cè)溫特性要求，驗(yàn)證時(shí)電纜長(zhǎng)度要求較長(zhǎng)(大于10米)，否則易受接頭溫度的影響而產(chǎn)生誤差。
　　l 載流量計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證
　　載流量計(jì)算結(jié)果可用如下方法進(jìn)行驗(yàn)證：
　　a) 在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)電纜載流量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與同等條件下軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。
　　b) 在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)電纜施加軟件計(jì)算的載流量電流，通過(guò)對(duì)電纜表面溫度的測(cè)量，計(jì)算到導(dǎo)體溫度應(yīng)為90℃。
　　4.3載流量試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果和結(jié)論
　　(1)清晉線Ⅱ回電纜(YJQ03 1*800)試驗(yàn)
　　單根電纜在自由空氣中敷設(shè)，環(huán)境溫度為：16.7 ℃，計(jì)算穩(wěn)態(tài)載流量1820 A(導(dǎo)體允許溫度為90 ℃)。實(shí)際測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。
　　YJQ03電纜的單芯載流量預(yù)測(cè)比對(duì)數(shù)據(jù)

加熱電流	武高院實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)		CTM4000系統(tǒng)計(jì)算數(shù)據(jù)
1820	環(huán)境溫度, ℃	16.7	－
	導(dǎo)體溫度, ℃	91.0	89.33
	表面溫度, ℃	45.0	40.43

　　(2) 羅溝線電纜(YJLW03 1*800)試驗(yàn)
　　單根電纜在自由空氣敷設(shè)，環(huán)境溫度：17.3 ℃，計(jì)算穩(wěn)態(tài)載流量1500 A(導(dǎo)體允許溫度為90 ℃)。實(shí)際測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表6。
　　YJLW03電纜的單芯載流量預(yù)測(cè)比對(duì)數(shù)據(jù)

加熱電流, A	武高院實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)		CTM4000計(jì)算數(shù)據(jù)
1500	環(huán)境溫度, ℃	17.3	－
	導(dǎo)體溫度, ℃	91.4	90.99
	表面溫度, ℃	37.6	35.80

　　(3)由上述武高院的試驗(yàn)報(bào)告可以看出鉛護(hù)套電纜(YJQ03)的載流能力明顯優(yōu)于鋁護(hù)套電纜(YJLW03),因此我們只需分析羅溝線的YJLW03電纜載流量即可。
　　(4) CTM4000系統(tǒng)的導(dǎo)體溫度計(jì)算軟件，在使用針對(duì)YJQ03和YJLW03電纜建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行恒定電流的穩(wěn)態(tài)溫度計(jì)算時(shí)，計(jì)算值與熱電偶直接測(cè)量數(shù)據(jù)在90 ℃以下范圍內(nèi)最大偏差不超過(guò)±2 ℃;
　　(5) 試驗(yàn)電纜在自由空氣的敷設(shè)條件下，CTM4000系統(tǒng)的載流量計(jì)算軟
　　件，針對(duì)YJQ03和YJLW03電纜建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出導(dǎo)體溫度為90 ℃時(shí)的單芯穩(wěn)態(tài)載流量，在該電流下，實(shí)測(cè)導(dǎo)體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行溫度與目標(biāo)90 ℃之差小于±2 ℃;
　　(6)通過(guò)上述驗(yàn)證試驗(yàn)，我們對(duì)計(jì)算軟件中電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)進(jìn)了驗(yàn)證和標(biāo)定，同樣可以準(zhǔn)確地其它敷設(shè)條件下的電纜導(dǎo)體溫度和載流量。
　　五、在實(shí)際使用環(huán)境下的載流量計(jì)算和分析
　　(1)線路載流量瓶頸點(diǎn)及載流量的確定
　　根據(jù)光纖測(cè)溫系統(tǒng)CTM4000隨機(jī)采集到的穩(wěn)態(tài)電流：A相371A，B相376A，C相371A情況下的測(cè)溫曲線分析，羅溝線A、B、C三相電纜的最高表面溫度和最高導(dǎo)體溫度出現(xiàn)在距離羅溝變電站380至400米的排管敷設(shè)處。因此此處可以被確定為羅溝線載流量的瓶頸點(diǎn)。
　　按照此時(shí)的電纜環(huán)境狀態(tài)，計(jì)算電纜最大額定載流量為：
　　A相 718A;B相704A;C相718A
　　按B相的取值，額定載流量確定為704A;
　　此時(shí)的土壤的環(huán)境溫度為20℃ ，計(jì)算電纜表面溫度為 81.8℃ (B相)，計(jì)算的電纜導(dǎo)體溫度為90℃(B相)。
　　(2)載流量(B相)計(jì)算的依據(jù)
　　電纜環(huán)境熱阻的計(jì)算：
　　電纜的環(huán)境熱阻 T4=(Ts-Te)/{[I2*R*(1+λ1)+Wd]｝ (公式三)
　　Ts為電纜在376A時(shí)測(cè)得的表面溫度40.9℃
　　Te為電纜周圍土壤的環(huán)境溫度20℃
　　I為穩(wěn)態(tài)電流=376A
　　B相電纜的熱阻及損耗參數(shù)如下，這些參數(shù)經(jīng)過(guò)了武高所得試驗(yàn)驗(yàn)證：

R	Wd	λ1	T1	T3
2.87×10－5	1.57	0.1068	0.523	0.087

　　通過(guò)計(jì)算可以得到T4=3.49(TΩ/m)
　　(3)不同環(huán)境溫度下載流量的推算
　　利用以上參數(shù)，可以利用公式二進(jìn)行載流量的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：
　　在不同的土壤環(huán)境溫度下的羅溝線電纜的最大載流量為：

土壤環(huán)境溫度（℃）	電纜導(dǎo)體溫度（℃）	電纜最大載流量(A)
25	90	676
30	90	647
35	90	616

　　(4)在系統(tǒng)電流494A下的電纜狀態(tài)分析
　　如果按最大494A的電流運(yùn)行，考慮到特別極端的情況，土壤環(huán)境溫度達(dá)到35℃或40℃ ，此時(shí)的電纜表面溫度和電纜導(dǎo)體溫度如下表：

電纜中的運(yùn)行電流(A)	極端的土壤環(huán)境溫度（℃）	電纜導(dǎo)體溫度（℃）	電纜的表面溫度（℃）
494	35	72.5	67
494	40	77.5	72

　　如果按最大494A的電流運(yùn)行,假定電纜的導(dǎo)體溫度可以達(dá)到90℃，此時(shí)的電纜表面溫度和環(huán)境溫度見(jiàn)下表：

電纜中的運(yùn)行電流(A)	極端的土壤環(huán)境溫度（℃）	電纜導(dǎo)體溫度（℃）	電纜的表面溫度（℃）
494	52	90	85

　　六、結(jié)論
　　沿羅溝線、清晉線Ⅱ回110kV電纜線路敷設(shè)測(cè)溫光纖光纜，搭建光纖測(cè)溫系統(tǒng)，可以進(jìn)行安全運(yùn)行溫度下(電纜導(dǎo)體溫度為90℃)的電纜表面溫度測(cè)試和計(jì)算，通過(guò)積累和分析記錄數(shù)據(jù)，確定電纜線路運(yùn)行瓶頸;通過(guò)數(shù)學(xué)模型分析計(jì)算電纜的導(dǎo)體溫度、電纜運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)時(shí)額定載流量，以及電纜表面溫度、電纜導(dǎo)體溫度和電纜最大載流量之間變化的關(guān)系，可以有效利用電纜設(shè)計(jì)允許載流量達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的。
　　通過(guò)武高所和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得出以下結(jié)論：
　　(1)由于電纜的結(jié)構(gòu)不同，清晉線Ⅱ回的載流能力在相同的敷設(shè)條件下要優(yōu)于羅溝線;
　　(2)羅溝線的載流量瓶頸點(diǎn)為距離羅溝變電站380至400米處的排管處;
　　(3)羅溝線在土壤溫度為20℃時(shí)的長(zhǎng)期額定最大載流量為704A;
　　(4)即使考慮最極端的環(huán)境因素，羅溝線在額定電流494A下長(zhǎng)期運(yùn)行是安全的。