核心詞：
礦用 防爆 電纜 當電纜在額定負荷下運行時,線芯溫度達到允許值。電纜一旦過負荷,線芯溫度將急劇上升,加速絕緣老,甚至發生熱擊穿。所以,電力運行部門對電纜的最大載流量進行了嚴格的控制。在電力電纜的選型和敷設階段,由于不可能對實際運行環境進行全面的考慮,通常是根據標準環境溫度進行的,這樣將導致電纜在環境溫度高時運行于過熱狀態,減少運行壽命。實際工作時為了避免出現這種情況,通過適當保留負載能力的方法來解決,但這樣卻使得電纜的使用不經濟。因此,如果能夠根據實際運行狀態和運行環境,實時地對電纜的負荷進行調度和調整,不僅能夠保證電纜的運行安全,使其帶負荷能力得到充分發揮,而且在有些情況下還可以解決電力調度中緊急狀況下的電力供應問題,這種短時增加輸送容量的做法即動態增容。基于電磁感應的無源溫度傳感技術是一種新型的溫度測量技術,其特點是傳感器模塊電路僅由電感L1、電容C1、熱敏電阻Rs等3個無源元件組成(如圖1所示),而不需要其它有源集成電路進行控制。無源溫度傳感技術的基本原理是:讀取器通過電磁耦合的方式將能量耦合至傳感器電路,
RS485通訊電纜并使傳感器的RLC電路工作于諧振狀態;當傳感器諧振電路達到穩態后,讀取器快速切斷功率輸出,并轉換至信號接收狀態。讀取器接收到傳感器的信號后,通過濾波、放大、AD采樣和數字信號處理等步驟,計算得到當前電纜接頭的溫度。
圖2是無源溫度傳感器的主電路,其中Uin為輸入電源,Q1、D1、D2、Q2構成單向半橋電路;L2和L1分別是讀取器電感和傳感器諧振電感;C2與L2、C1與L1構成諧振腔;Rb為關斷阻尼電阻,RS為熱敏電阻,Ul2為電感上的電壓。其中A為RLC振蕩回路中的初始幅度,ωc為阻尼振蕩頻率,其值約為,θ為初始相位,t是時間。因式中電感L1不隨溫度變化,因此只要計算出阻尼系數,就可得到熱敏電阻RS的值,從而計算出相應的溫度。
1、傳熱模型可簡化為極坐標系下的一維數學問題 在單芯同軸電纜連續并且沿長度方向和電纜表面各個方向上散熱條件一致的情況下,電纜內部的溫度僅在徑向上變化,其傳熱模型可簡化為極坐標下一維的數學問題。根據上文對各個建模思想的優劣分析,為了差分或熱路的網格必須足夠精細,通常要求網格數量不小于20。建模時應遵從以將較大熱阻分解的原則,可將絕緣層切分為更多的層,而金屬屏蔽可保留為一層。在電纜結構上每一層表示一個圓簡對象,在熱路模型上為一個L型或T型單元。為保證切分正確,應掌握圓筒對象的熱阻、熱容和熱源分配的計算。最終的細分的熱路模型應保持規格化,以利于計算機處理。程序輸入給定的短時增容電流值后,根據規格化模型所確定的熱容系統時間常數矩陣,計算25階差分方程求解得到允許增容持續時間。另外,程序亦可根據所請求的短時增容持續時間,輸出為對應當前狀態和給定持續時間的允許增容電流值,無論是哪種輸入方式,每次計算出的增容時間一增容電流二維坐標都確定了一個可行的增容運行狀態點。表1展示了6個增容運行狀態點,連接成電纜增容可行狀態曲線,礦用阻燃防爆電纜其中橫坐標為時間(單位小時),縱坐標為電流。可以看到,隨著短時增容電流的加大,允許增容的時間呈近似指數水平下降。通過遠程登錄上位機,可使用長期負荷和短時負荷(動態增容)軟件。長期負荷軟件為WEB應用程序,可實現多回路計算。系統建立電纜數據庫,記錄包括電纜表,回路表,關鍵場景表等,根據用戶輸人給定的各回路額定電流,系統將進行關聯的迭代計算,并最終輸出全部相關回路的電纜導體溫度和電纜表面溫度,直接指示該組額定負荷的安全性和可用性。在主界面,通過點擊具體回路的動態載流量標簽,可以訪問短時負荷計算動態增容)界面,打開后直接顯示當前狀態下的增容可行狀態曲線:現有的電纜短時負荷計算界面提供三種計算功能:給定持續時間,計算短時許用電流;給定固定電流,計算短時許用時間;給定電流時序曲線,計算導體溫度和表面溫度響應曲線。有了短時負荷計算軟件,可以快速地為調度提供包括30min、1h、2h、4h等可調整的動態增容方案。若同時有多回線路可供增容時,情況就有了更多變化。根據現場要求,可以全程啟用多回路增容以分擔大電流;也可先由一回路全部承擔大電流,一定時間后結束增容,再由另一回路接手增容的任務,保證每回線參與全程一半的時間。于是,選擇多線同時增容還是單線輪流增容產生了一個博弈問題。觀察增容可行狀態曲線發現,在前幾個小時的增容需求范圍內,隨著需求時間的加長,增容電流迅速衰減,增容邊際效益大打折扣;當需求加長到10小時以上時,增容電流下降變得不明顯。因此,單線輪流增容方案相對更適合長時間需求。本文提出了基于內置電纜導體測溫技術的電纜動態增容方案,結合穩態、暫態溫度變化,從而繪制出了暫態增容運行可行狀態曲線,為調度提供了短時增容參考。本文的創新點在于提出并分析了多回路暫態增容兩種方案的博弈問題。通過算例定量地指出了雙線同時增容方案和單線輪流增容方案的優勢區間,為暫態增容的優化提供了可靠的依據。另外此方法不限于電流抑或時間作為先決條件;亦可方便地擴展至兩回不同的線路,具有較好的通用性。
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