一. 線路概況
　　1、線路概況
　　本線路為110KV雙回路電纜，回路長度2.17公里。羅溝線和清晉Ⅱ回兩回110KV電纜均沿同路徑敷設，電纜敷設方式主要是排管、工井、隧道三種方式，另有部分10KV電纜線路沿同路徑敷設，原設計載流量為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長的隧道;在架空線的一端也有110米長的隧道。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，其中接頭井4個。
　　電纜敷設情況：

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

　　2、光纖測溫及載流量分析系統
　　為保證上述110KV電纜系統的安全穩定運行，我們在羅溝線和清晉Ⅱ回兩路110KV電纜上安裝了“分布式光纖電纜溫度監測與實時載流量分析系統”。 2007年12月至2008年4月完成與溝頭變綜自系統接口軟件的開發、調試，載流量分析軟件的安裝調試及載流量軟件計算結果的實驗和驗證。目前測溫系統的所有項目已安裝調試完畢，通過了驗收并投入正式運行。
　　本系統的測溫主機安裝在溝頭變，感溫光纜采用外敷設方式，按每相電纜布置一條光纜的方式敷設。感溫光纜為62.5/125μm多模光纖，光纜外護套為高性能的低煙無鹵素阻燃熱塑型材料，感溫光纜具有優良的熱傳導特性、機械性能、防水性能及抗腐蝕特性。感溫光纜采用雙環形纏繞方式固定在電纜中間接頭處，保證測溫光纜與電纜中間接頭緊密接觸，雙環形纏繞光纜展開長度為5至10米。在電纜終端及每個工井處的感溫光纜上都掛設標牌，標識感溫光纜起止點變電站站名，感溫光纜距起點長度等信息。
　　二、電纜技術參數

線路名稱		清晉線Ⅱ回	羅溝線
型號		YJQ03 64/110  1×800	YJLW03 64/110  1×800
導體	材料	銅	銅
	直徑, mm	35.2	35.2
	分割數	5	5
導體屏蔽厚度, 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
金屬護套材料	材料	鉛	鋁
	厚度, mm	3．6	1．6
	波峰波谷厚度, mm	－	5．6
	內切圓直徑, mm	－	86．0
	外切圓直徑, mm	86．6	97．2
外護層	材料	HDPE	HDPE
	厚度, mm	5	5

　　三.導體溫度監測和實時載流量計算依據
　　利用測溫系統進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體的最高允許溫度決定的。而導體的溫升則由電纜各元件的發熱、散熱條件及周圍環境的狀態(土壤條件、空氣流動狀況、環境溫度等等)決定。
　　電纜額定載流量的計算公式是國際電工委員會(IEC)于1982年制定的電纜額定載流量(100%負荷系統)計算標準IEC60287。在標準中，與電纜結構材料有關的參數(例絕緣、護套材料的熱阻系數等)給出了代表性數值。由于環境條件取決于電纜敷設現場的條件和狀況，其可能變化的范圍較大，所以在標準中對與環境條件有關的參數及制造廠與用戶之間需協商的參數等的取值未作規定。
　　在實際載流量計算中，難度在于各種不同敷設條件下的各參數的確定。下圖為在載流量計算時所用的熱學模型，以及根據此熱學模型所得出的計算公式：
　　根據本工程所采用的電纜：單芯電纜，n=1,
　　無金屬鎧裝層，T2=0，λ2=0
　　電纜的最高工作溫度為90℃
　　則：Δθ=90-Te Te：為環境溫度
　　公式可以進行相應的簡化為：
　　I={[90-Te-Wd(0.5T1+T3+T4)]/[RT1+R(1+λ1 )(T3+T4)]｝0.5
　　(公式二)
　　四.載流量計算軟件的實驗和驗證
　　4.1載流量計算軟件項目的驗證包括以下三個方面
　　l 測量表面溫度結果的驗證
　　l 計算導體溫度的驗證
　　l 載流量計算結果的驗證
　　4.2驗證試驗方法簡介
　　l 系統測溫結果的驗證
　　系統測溫結果可直接用比對方法進行驗證。在電纜測溫系統運行時，用傳統的測溫方法在光纖敷設位置進行溫度測量，與測溫系統所測相應位置的溫度進行比對。
　　l 導體計算溫度的驗證
　　導體計算溫度驗證的關鍵是所采用的計算方法是否適用，軟件編寫有無問題。由于在采用的計算方法中，不涉及外界因素的影響，因此在進行驗證時只需在實驗室進行即可。
　　根據光纖測溫特性要求，驗證時電纜長度要求較長(大于10米)，否則易受接頭溫度的影響而產生誤差。
　　l 載流量計算結果的驗證
　　載流量計算結果可用如下方法進行驗證：
　　a) 在實驗室條件下，對電纜載流量進行實驗室檢測，得到實驗結果，與同等條件下軟件計算結果進行比較。
　　b) 在實際運行過程中，對電纜施加軟件計算的載流量電流，通過對電纜表面溫度的測量，計算到導體溫度應為90℃。
　　4.3載流量試驗驗證結果和結論
　　(1)清晉線Ⅱ回電纜(YJQ03 1*800)試驗
　　單根電纜在自由空氣中敷設，環境溫度為：16.7 ℃，計算穩態載流量1820 A(導體允許溫度為90 ℃)。實際測量結果見表3。
　　YJQ03電纜的單芯載流量預測比對數據

加熱電流	武高院實測數據		CTM4000系統計算數據
1820	環境溫度, ℃	16.7	－
	導體溫度, ℃	91.0	89.33
	表面溫度, ℃	45.0	40.43

　　(2) 羅溝線電纜(YJLW03 1*800)試驗
　　單根電纜在自由空氣敷設，環境溫度：17.3 ℃，計算穩態載流量1500 A(導體允許溫度為90 ℃)。實際測量結果見表6。
　　YJLW03電纜的單芯載流量預測比對數據

加熱電流, A	武高院實測數據		CTM4000計算數據
1500	環境溫度, ℃	17.3	－
	導體溫度, ℃	91.4	90.99
	表面溫度, ℃	37.6	35.80

　　(3)由上述武高院的試驗報告可以看出鉛護套電纜(YJQ03)的載流能力明顯優于鋁護套電纜(YJLW03),因此我們只需分析羅溝線的YJLW03電纜載流量即可。
　　(4) CTM4000系統的導體溫度計算軟件，在使用針對YJQ03和YJLW03電纜建立的數學模型進行恒定電流的穩態溫度計算時，計算值與熱電偶直接測量數據在90 ℃以下范圍內最大偏差不超過±2 ℃;
　　(5) 試驗電纜在自由空氣的敷設條件下，CTM4000系統的載流量計算軟
　　件，針對YJQ03和YJLW03電纜建立的數學模型計算出導體溫度為90 ℃時的單芯穩態載流量，在該電流下，實測導體穩態運行溫度與目標90 ℃之差小于±2 ℃;
　　(6)通過上述驗證試驗，我們對計算軟件中電纜結構參數和性能參數進了驗證和標定，同樣可以準確地其它敷設條件下的電纜導體溫度和載流量。
　　五、在實際使用環境下的載流量計算和分析
　　(1)線路載流量瓶頸點及載流量的確定
　　根據光纖測溫系統CTM4000隨機采集到的穩態電流：A相371A，B相376A，C相371A情況下的測溫曲線分析，羅溝線A、B、C三相電纜的最高表面溫度和最高導體溫度出現在距離羅溝變電站380至400米的排管敷設處。因此此處可以被確定為羅溝線載流量的瓶頸點。
　　按照此時的電纜環境狀態，計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;
　　此時的土壤的環境溫度為20℃ ，計算電纜表面溫度為 81.8℃ (B相)，計算的電纜導體溫度為90℃(B相)。
　　(2)載流量(B相)計算的依據
　　電纜環境熱阻的計算：
　　電纜的環境熱阻 T4=(Ts-Te)/{[I2*R*(1+λ1)+Wd]｝ (公式三)
　　Ts為電纜在376A時測得的表面溫度40.9℃
　　Te為電纜周圍土壤的環境溫度20℃
　　I為穩態電流=376A
　　B相電纜的熱阻及損耗參數如下，這些參數經過了武高所得試驗驗證：

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

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

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

　　(4)在系統電流494A下的電纜狀態分析
　　如果按最大494A的電流運行，考慮到特別極端的情況，土壤環境溫度達到35℃或40℃ ，此時的電纜表面溫度和電纜導體溫度如下表：

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

　　如果按最大494A的電流運行,假定電纜的導體溫度可以達到90℃，此時的電纜表面溫度和環境溫度見下表：

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

　　六、結論
　　沿羅溝線、清晉線Ⅱ回110kV電纜線路敷設測溫光纖光纜，搭建光纖測溫系統，可以進行安全運行溫度下(電纜導體溫度為90℃)的電纜表面溫度測試和計算，通過積累和分析記錄數據，確定電纜線路運行瓶頸;通過數學模型分析計算電纜的導體溫度、電纜運行狀態下的實時額定載流量，以及電纜表面溫度、電纜導體溫度和電纜最大載流量之間變化的關系，可以有效利用電纜設計允許載流量達到經濟運行目的。
　　通過武高所和現場的實驗和運行數據進行分析可得出以下結論：
　　(1)由于電纜的結構不同，清晉線Ⅱ回的載流能力在相同的敷設條件下要優于羅溝線;
　　(2)羅溝線的載流量瓶頸點為距離羅溝變電站380至400米處的排管處;
　　(3)羅溝線在土壤溫度為20℃時的長期額定最大載流量為704A;
　　(4)即使考慮最極端的環境因素，羅溝線在額定電流494A下長期運行是安全的。