發(fā)布時間：2020-09-24 11:27

　　 隨著我國城網(wǎng)改造的不斷推進與電力工業(yè)的飛速發(fā)展,交聯(lián)聚乙烯電纜以其優(yōu)越的機械性能和電氣性能在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用。在運行過程中,電纜發(fā)生絕緣故障的概率隨著其工作時長的增加而增大,并且電纜絕緣故障的發(fā)生將會導致線路短路,甚至致使系統(tǒng)崩潰。因此,開展電纜絕緣在線檢測研究對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。本文針對電纜局部放電的在線檢測與定位展開研究,對行波法進行改進,提出了兩種時延估計算法。本文首先研究了局部放電信號在交聯(lián)聚乙烯電纜上的傳輸規(guī)律,并基于PSCAD/EMTDC建立了電纜模型,對局放信號在電纜中的傳輸特性進行仿真。仿真結(jié)果與理論分析相吻合,從而驗證了所建電纜模型的合理性和有效性,為后續(xù)電纜局放在線檢測與定位仿真奠定了基礎。研究了AIC(Akaike's Information Criterion)信息準則在脈沖初至時刻拾取中的應用,針對其不能實現(xiàn)在線拾取的缺陷提出了基于時窗能量比與AIC信息準則的兩步時延估計算法,并將其應用于在線定位中。針對行波法定位過程中的波速不定性問題提出了多傳感器行波定位方法。首先利用時窗能量比檢測出局部放電發(fā)生的時窗,然后求取確定時窗的局部AIC特征曲線,并基于AIC準則精確拾取局部放電脈沖信號的初至時刻。最后,將時延估計結(jié)果應用于多傳感器行波定位中,實現(xiàn)電纜局部放電的在線定位。仿真結(jié)果表明,該算法定位精度較高,在信噪比為-2dB的噪聲環(huán)境下相對誤差約為0.15%,具備工程實用價值。針對噪聲對拾取精度的影響,引入時變峰度算法,用于實現(xiàn)局放脈沖初至時刻的在線拾取,并在此基礎上提出了小波包-峰度算法,進一步提高算法的抗噪能力。首先利用時窗能量比檢測局部放電事件,然后在確定的局部放電時窗內(nèi),利用小波包分離出局部放電脈沖所在的主要頻帶,并在此頻帶內(nèi)求取時變峰度極大值,實現(xiàn)了局部放電脈沖初至時刻的高精度拾取。最后將拾取結(jié)果應用于多傳感器行波定位中,實現(xiàn)電纜局部放電的在線定位。仿真實驗證明,該算法雖然在一定程度上隨信噪比的降低精度有所下降,但其抗噪聲能力較強,在-14dB的噪聲環(huán)境下定位誤差小于2m,能夠滿足電網(wǎng)對局部放電故障在線定位的精度要求,有效提高供電可靠性。
【學位單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM855
【部分圖文】：

因此成為了近年來電纜運用的首選產(chǎn)品。圖1-1 為油紙絕緣電纜與交聯(lián)聚乙烯電纜近年來的使用情況，從圖可以看出盡管油紙絕緣電纜的發(fā)展比較早，但是交聯(lián)聚乙烯電纜因其良好的性能發(fā)展更為迅速，并逐漸取代油紙絕緣電纜。圖 1-1 油紙絕緣電纜與 XLPE 電纜的發(fā)展趨勢圖Fig. 1-1 Oil-paper insulated cables and XLPE cable trends交聯(lián)聚乙烯電纜相比于其他電纜有許多優(yōu)點，但由于地下運行環(huán)境惡劣，在酸、堿、水、地下微生物以及電、熱、機械外力等的作用下，其絕緣性能會逐漸衰退，產(chǎn)生老化現(xiàn)象。在電纜絕緣系統(tǒng)中，老化因素是不可逆轉(zhuǎn)的，隨著時間的推移，老化現(xiàn)象會越來越嚴重，電纜的絕緣性能也將逐漸衰退，最終影響整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。圖 1-2，圖 1-3 為電纜故障情況。97%3%某省近三年電力電纜故障中壓電纜 高壓電纜圖 1-2 某省近三年電力電纜故障Fig.1-2 The power cable fault conditions in the past three years

同國外相比，雖然國內(nèi)高校和研究所對電纜局部放電檢測的研究步較晚，但以天津大學、重慶大學、國網(wǎng)電科院、西安交通大學和華北電力大等為代表的研究院所對此課題進行了大量的理論研究與實驗分析，取得了一定成果。依照不同的檢測機理，目前電纜局部放電在線檢測方法可分為差分法、容耦合法、電感耦合法、超聲波法、超高頻法與電磁耦合法[17]。(1)差分法。差分法最早是由日本東京電力公司和日立電纜公司共同研究提出[18]。此方法適用的電壓等級較高，主要為 110kV 及以上，圖 1-5a 為差分法的基結(jié)構(gòu)圖，圖 1-5b 則為差分法的原理圖：

由德國柏林大學、德國西門子公司和美國惠普公司于 1999 年聯(lián)合提出。如圖1-7 所示，裝有金屬帶狀片的方向傳感器安裝在外半導體層和金屬屏蔽層之間，且在兩個端口分別引出測量接頭[29]。方向耦合法檢測局部放電的原理為：當脈沖前行波經(jīng)過方向傳感器時，傳感器兩個端口的電容耦合量的極性相同，而電感耦合量的極性相反。當兩端的電容耦合和電感耦合疊加在一起后，一端的信號明顯強于另一端的信號，比較兩個信號可判斷是否有故障發(fā)生。此外，從圖 1-7 可以看出，通過分析 A、B、C、D 四個端口的信號，可辨別故障是來自電纜外部的噪聲還是電纜內(nèi)部發(fā)生局部放電[30]。

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