电力电缆局部放电在线检测技术研究

发布时间：2020-07-24 11:27

【摘要】：近年来,我国在用电方面的需求显著上升,电力电缆广泛应用到各级电力传输系统中。电缆在长期运行过程中,不可避免地会出现某些潜在问题。研究表明,电缆的局部放电现象在某种程度上能够反映电缆绝缘材料的劣化程度,可以显示电缆存在的缺陷。目前,应用较为广泛的是采用振荡波技术对电力电缆进行离线局放检测。然而,我国电网系统庞大,开展停电试验十分困难,该方法在一定程度上受到了制约,同时离线检测也无法模拟电缆的实际运行状态。因此,对电力电缆进行局部放电在线检测技术研究具有一定的应用价值。本文深入研究了电力电缆局部放电在线检测技术,分析了电力电缆中局放脉冲信号的传播规律,设计了前端传感器以及数据采集系统,并针对脉冲性干扰信号和多局放信号共存的现象提出了一种局部放电信号的聚类识别算法。首先,研究了局部放电在线检测技术的背景以及国内外发展情况,阐述了局部放电检测中的噪声来源以及聚类识别技术,分析了局部放电现象的产生原因以及放电机理,并根据局放信号特征采用五种数学模型对其进行模拟。为了研究局部放电信号在电力电缆中的传输特性,以双指数衰减模型作为局放脉冲信号,在SIMULINK中搭建电力电缆的分布参数线路模型,通过改变电缆长度以及分布参数的数值,分析各因素对信号传输的影响。其次,综合比较多种局放检测方法,采用电磁耦合法实现局放信号的在线检测,设计了基于罗戈夫斯基线圈的自积分式高频电流传感器(High Frequency Current Transducer,HFCT)以及信号采集系统,根据不同类型局部放电现象的产生原理设计并制作了三种局放典型缺陷模型,并在实验室搭建了局部放电试验平台。针对电流传感器,首先在MATLAB中对各项参数进行分析,确定线圈的绕制匝数以及积分电阻,然后测试不同频率下传感器的性能。对于信号采集系统,硬件部分采用高采样率高精度示波器与便携式计算机相结合的设计方案,软件部分选用LABVIEW与MATLAB混合编程实现数据的采集和处理,其中LABVIEW用于实现示波器与计算机的通信、波形显示以及数据导出等功能,MATLAB用于实现信号的处理。最后,针对脉冲性干扰信号与多局放脉冲信号共存的情况,提出了一种局部放电信号的聚类识别算法,主要包括脉冲提取、特征参数提取、聚类分析以及效果评估过程。该算法首先通过幅值-时间阈值法与时域能量法联合提取脉冲信号,然后根据同步多通道法获取信号的特征向量,接着通过模糊C均值聚类算法(Fuzzy C-means,FCM)对样本进行聚类,最后根据单类信号的局部放电相位分布图谱(Phase Resolved Partial Discharge,PRPD)以及双参数Weibull分布函数拟合情况对聚类效果进行分析与检验。实验结果表明,所提算法能够高效准确地提取脉冲信号,且与等效时频法相比,能够更好地表征脉冲信号特征,同时该算法采用减法聚类初始化聚类中心,可以对多种放电信号进行有效聚类,从而实现单类放电信号的类型识别。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM855
【图文】：

谱图,时域波形,频域,谱图

五种数学模型时域波形及频域谱图

波形,局部放电,脉冲信号,波形

，产生的波形如图2.7所示。由图 2.7 可以看出，脉冲信号的幅值约为 10mV，脉冲的宽度约为 200ns。图 2.7 局部放电脉冲信号波形由于在 SIMULINK 中无法直接产生双指数衰减波形，因此首先需要在 MATLAB中生成上述脉冲波形，然后将该波形数据导入到 SIMULINK 中提供的信号产生单元（Signal Builder）中。仿真元件库信号源中的信号产生单元如图 2.8 所示，信号产生单元生成的脉冲波形如图 2.9 所示，与所设置的双指数衰减信号一致。图 2.8 信号产生单元

信号产生,单元,双指数,脉冲信号

信号产生单元

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