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近年來，人們對海量信息的需求導致通信信息傳輸速率越來越高，光纖作為優(yōu)質(zhì)的通信媒質(zhì)得到了廣泛的應(yīng)用。光纖的架設(shè)過程需要大量的資源，將光纖復(fù)合到電力電纜中，能夠減少資源浪費及安裝周期。光纖復(fù)合低壓電纜（Optical Fiber Composite Low-Voltage Cable,OPLC）將光單元與電力電纜相結(jié)合，避免了重復(fù)布線，減少了建設(shè)費用，縮短了施工周期。OPLC的應(yīng)用有效解決了光接入網(wǎng)“最后一公里”的難題。OPLC對建設(shè)智能電網(wǎng)、實現(xiàn)能源互聯(lián)具有重要的作用。

OPLC穩(wěn)態(tài)運行時，纜芯溫度不超過90℃。當OPLC線芯出現(xiàn)短路時，5 s內(nèi)線芯溫度將達到160℃左右。此時，纜芯溫度過高，金屬材料可能出現(xiàn)退火現(xiàn)象，危害OPLC安全運行；還會使OPLC中光單元受熱變形，導致光信號傳輸中斷，危害通信系統(tǒng)。因此，掌握OPLC不同運行狀態(tài)下溫度場分布具有重要意義。

目前，通過建立熱路模型獲得電力設(shè)備溫度場分布的方法應(yīng)用較為廣泛。例如，文獻[8-9]對電纜纜芯溫度不同的測量方法進行對比分析，闡述了熱路模型分析電纜溫度分布的優(yōu)點，同時對電力電纜熱路模型的建立、參數(shù)的獲取進行了詳盡的闡述，但建立纜芯熱路模型時沒有考慮發(fā)熱纜芯不對稱問題對溫度場分布的影響。

文獻[10-11]將疊加原理應(yīng)用于傳熱模擬，能夠準確地得出節(jié)點溫度。通過有限元法驗證了疊加原理獲得節(jié)點溫度具有很好地一致性。通過實驗驗證了疊加原理獲得模型的可靠性。文獻[12]對OPLC不同狀態(tài)下溫度分布及光單元傳輸特性的影響進行了深入的分析，但沒有建立熱路模型，溫度的獲取僅通過模型仿真，無法實現(xiàn)溫度的實時計算。

目前，對于OPLC熱路模型的建模方法尚未有深入的研究，本文參考電纜等熱路模型的建模方法，結(jié)合OPLC實際結(jié)構(gòu)，提出了基于疊加原理的熱路模型建模方法，通過粒子群算法進行參數(shù)辨識優(yōu)化模型參數(shù)，減小了模型溫度計算誤差。

通過疊加原理建立OPLC熱路模型，實現(xiàn)了OPLC溫度分布的精確計算，解決了OPLC離線檢測時，因離線與在線兩種狀態(tài)下纜芯內(nèi)部電流大小不同，導致溫度不同，進而導致參數(shù)檢測誤差較大的問題，對保障OPLC的穩(wěn)定運行具有重要意義。

OPLC的電壓一般在0.6kV/1kV及以下，種類繁多。以內(nèi)部纜芯數(shù)目及穩(wěn)態(tài)運行時通電纜芯對稱關(guān)系分類，可分為對稱的單纜芯、雙纜芯、三纜芯，不對稱的四纜芯等類型，OPLC典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 OPLC典型結(jié)構(gòu)

根據(jù)OPLC的典型結(jié)構(gòu)可知，不同纜芯數(shù)目的OPLC熱路模型的結(jié)構(gòu)不同。單纜芯、雙纜芯、三纜芯OPLC運行狀態(tài)下，因全部纜芯均發(fā)熱且通過電流大小相同，即發(fā)熱量相同，故其熱路模型是對稱分布的，各纜芯的溫度相同。

以纜芯為起始節(jié)點由內(nèi)向外依次設(shè)置節(jié)點，建立熱路模型。四纜芯OPLC正常運行時，因發(fā)熱纜芯不對稱，導致其溫度場分布呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，無法直接建立熱路模型。本文采用基于疊加定理[18]的建模方法，有效地解決了四纜芯等溫度場分布不對稱導致OPLC熱路模型建模困難的問題。

本文結(jié)合工程實驗要求的試驗OPLC，以型號為OPLC-ZC-YJV22-0.6/1.4×240+GXT-12B1的變電站至樓宇配電柜間的四纜芯OPLC為研究對象，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 OPLC-ZC-YJV22-0.6/1.4×240+GXT-12B1結(jié)構(gòu)

由于OPLC不同位置的材料不同，其結(jié)構(gòu)參數(shù)及熱物理性能參數(shù)不同，各位置材料類型及參數(shù)見表1。

表1 OPLC結(jié)構(gòu)及熱物理性能參數(shù)

由圖2可以看出，OPLC的內(nèi)部纜芯與光單元并不直接接觸，纜芯由絕緣層包裹。OPLC穩(wěn)定運行時，三個相線中有電流通過，中性線無電流通過，導致熱源是不對稱的。由于OPLC內(nèi)部具有光單元，也使得熱路模型不對稱。

故本文分別建立四纜芯發(fā)熱時、單纜芯發(fā)熱時的熱路模型，采用疊加原理建立OPLC實際運行時三纜芯發(fā)熱的熱路模型，并建立OPLC光纖位置熱路模型，通過計算求得光纖位置溫度，最終實現(xiàn)對OPLC各位置溫度的精確計算。

圖12 OPLC測溫平臺

圖13 溫度探頭布置實物圖

圖14 測溫實驗裝置

結(jié)論

本文提出了一種基于疊加原理的OPLC熱路模型建模方法，有效地解決了多纜芯OPLC熱路模型不對稱導致建模困難的問題，以四纜芯為例詳細地介紹了多纜芯不對稱熱路模型的建模方法，并采用粒子群算法進行熱路模型參數(shù)辨識，優(yōu)化了模型參數(shù)，有效地改善了熱路模型建模后模型參數(shù)精度低等問題。

最后通過COMSOL仿真及搭建溫度測量實驗平臺兩種方法驗證了熱路模型建模方法的可行性。通過疊加原理及優(yōu)化OPLC熱路模型參數(shù)，精確了OPLC不同位置的溫度值，進而提高了OPLC參數(shù)檢測精度。