中压交联聚乙烯电缆局部放电在线检测与定位

发布时间：2020-09-24 11:27

　　随着我国城网改造的不断推进与电力工业的飞速发展,交联聚乙烯电缆以其优越的机械性能和电气性能在电力系统中得到了广泛应用。在运行过程中,电缆发生绝缘故障的概率随着其工作时长的增加而增大,并且电缆绝缘故障的发生将会导致线路短路,甚至致使系统崩溃。因此,开展电缆绝缘在线检测研究对电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。本文针对电缆局部放电的在线检测与定位展开研究,对行波法进行改进,提出了两种时延估计算法。本文首先研究了局部放电信号在交联聚乙烯电缆上的传输规律,并基于PSCAD/EMTDC建立了电缆模型,对局放信号在电缆中的传输特性进行仿真。仿真结果与理论分析相吻合,从而验证了所建电缆模型的合理性和有效性,为后续电缆局放在线检测与定位仿真奠定了基础。研究了AIC(Akaike's Information Criterion)信息准则在脉冲初至时刻拾取中的应用,针对其不能实现在线拾取的缺陷提出了基于时窗能量比与AIC信息准则的两步时延估计算法,并将其应用于在线定位中。针对行波法定位过程中的波速不定性问题提出了多传感器行波定位方法。首先利用时窗能量比检测出局部放电发生的时窗,然后求取确定时窗的局部AIC特征曲线,并基于AIC准则精确拾取局部放电脉冲信号的初至时刻。最后,将时延估计结果应用于多传感器行波定位中,实现电缆局部放电的在线定位。仿真结果表明,该算法定位精度较高,在信噪比为-2dB的噪声环境下相对误差约为0.15%,具备工程实用价值。针对噪声对拾取精度的影响,引入时变峰度算法,用于实现局放脉冲初至时刻的在线拾取,并在此基础上提出了小波包-峰度算法,进一步提高算法的抗噪能力。首先利用时窗能量比检测局部放电事件,然后在确定的局部放电时窗内,利用小波包分离出局部放电脉冲所在的主要频带,并在此频带内求取时变峰度极大值,实现了局部放电脉冲初至时刻的高精度拾取。最后将拾取结果应用于多传感器行波定位中,实现电缆局部放电的在线定位。仿真实验证明,该算法虽然在一定程度上随信噪比的降低精度有所下降,但其抗噪声能力较强,在-14dB的噪声环境下定位误差小于2m,能够满足电网对局部放电故障在线定位的精度要求,有效提高供电可靠性。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM855
【部分图文】：

趋势图,油纸绝缘,电缆,XLPE电缆

因此成为了近年来电缆运用的首选产品。图1-1 为油纸绝缘电缆与交联聚乙烯电缆近年来的使用情况，从图可以看出尽管油纸绝缘电缆的发展比较早，但是交联聚乙烯电缆因其良好的性能发展更为迅速，并逐渐取代油纸绝缘电缆。图 1-1 油纸绝缘电缆与 XLPE 电缆的发展趋势图Fig. 1-1 Oil-paper insulated cables and XLPE cable trends交联聚乙烯电缆相比于其他电缆有许多优点，但由于地下运行环境恶劣，在酸、碱、水、地下微生物以及电、热、机械外力等的作用下，其绝缘性能会逐渐衰退，产生老化现象。在电缆绝缘系统中，老化因素是不可逆转的，随着时间的推移，老化现象会越来越严重，电缆的绝缘性能也将逐渐衰退，最终影响整个电力系统的安全稳定运行。图 1-2，图 1-3 为电缆故障情况。97%3%某省近三年电力电缆故障中压电缆高压电缆图 1-2 某省近三年电力电缆故障Fig.1-2 The power cable fault conditions in the past three years

原理图,差分法,结构示意图,原理图

同国外相比，虽然国内高校和研究所对电缆局部放电检测的研究步较晚，但以天津大学、重庆大学、国网电科院、西安交通大学和华北电力大等为代表的研究院所对此课题进行了大量的理论研究与实验分析，取得了一定成果。依照不同的检测机理，目前电缆局部放电在线检测方法可分为差分法、容耦合法、电感耦合法、超声波法、超高频法与电磁耦合法[17]。(1)差分法。差分法最早是由日本东京电力公司和日立电缆公司共同研究提出[18]。此方法适用的电压等级较高，主要为 110kV 及以上，图 1-5a 为差分法的基结构图，图 1-5b 则为差分法的原理图：

示意图,示意图,方向传感器,电感耦合

由德国柏林大学、德国西门子公司和美国惠普公司于 1999 年联合提出。如图1-7 所示，装有金属带状片的方向传感器安装在外半导体层和金属屏蔽层之间，且在两个端口分别引出测量接头[29]。方向耦合法检测局部放电的原理为：当脉冲前行波经过方向传感器时，传感器两个端口的电容耦合量的极性相同，而电感耦合量的极性相反。当两端的电容耦合和电感耦合叠加在一起后，一端的信号明显强于另一端的信号，比较两个信号可判断是否有故障发生。此外，从图 1-7 可以看出，通过分析 A、B、C、D 四个端口的信号，可辨别故障是来自电缆外部的噪声还是电缆内部发生局部放电[30]。

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